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理解软件设计中的 SOLID 原则

霞舞

发布： 2024-11-22 08:28:11

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理解软件设计中的 solid 原则

solid 原则是一组指导原则，可帮助软件开发人员设计健壮、可扩展且可维护的系统。这些原则由 robert c. martin（bob 叔叔）提出，对于面向对象编程创建灵活且可重用的代码至关重要。

在这篇文章中，我们将深入研究每个 solid 原则，解释其目的，并提供 java 示例来演示其应用程序。

1.单一职责原则（srp）

定义：一个类应该只有一个改变的理由。这意味着一个类应该只有一项工作或职责。

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当一个类具有多个职责时，对一项职责的更改可能会影响或破坏代码的其他部分。通过遵守 srp，我们确保了更好的可维护性和可测试性。

例子

// violating srp: a class that handles both user authentication and database operations.
class usermanager {
    public void authenticateuser(string username, string password) {
        // authentication logic
    }

    public void saveusertodatabase(user user) {
        // database logic
    }
}

// following srp: separate responsibilities into distinct classes.
class authservice {
    public void authenticateuser(string username, string password) {
        // authentication logic
    }
}

class userrepository {
    public void saveusertodatabase(user user) {
        // database logic
    }
}

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在此示例中，authservice 处理身份验证，userrepository 管理数据库操作。每个类都有一个职责，使代码更干净、更模块化。

2. 开闭原理（ocp）

定义：类应该对扩展开放，但对修改关闭。这意味着您应该能够在不更改现有代码的情况下添加新功能。

为什么 ocp 很重要

当您修改现有代码时，您有引入错误的风险。 ocp 通过继承或组合来促进功能扩展，而不是改变原始实现。

例子

// violating ocp: adding a new discount type requires modifying the existing code.
class discountcalculator {
    public double calculatediscount(string discounttype, double amount) {
        if ("newyear".equals(discounttype)) {
            return amount * 0.10;
        } else if ("blackfriday".equals(discounttype)) {
            return amount * 0.20;
        }
        return 0;
    }
}

// following ocp: use polymorphism to add new discount types without changing existing code.
interface discount {
    double apply(double amount);
}

class newyeardiscount implements discount {
    public double apply(double amount) {
        return amount * 0.10;
    }
}

class blackfridaydiscount implements discount {
    public double apply(double amount) {
        return amount * 0.20;
    }
}

class discountcalculator {
    public double calculatediscount(discount discount, double amount) {
        return discount.apply(amount);
    }
}

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现在，添加新的折扣类型只需创建一个实现 discount 接口的新类。

3.里氏替换原理（lsp）

定义：子类型必须可以替换其基本类型，而不改变程序的正确性。

为什么 lsp 很重要

使用多态性时，违反 lsp 可能会导致意外的行为和错误。派生类必须遵守其基类定义的契约。

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例子

// violating lsp: a subclass changes the behavior of the parent class in an unexpected way.
class bird {
    public void fly() {
        system.out.println("flying...");
    }
}

class penguin extends bird {
    @override
    public void fly() {
        throw new unsupportedoperationexception("penguins can't fly!");
    }
}

// following lsp: refactor the hierarchy to honor substitutability.
abstract class bird {
    public abstract void move();
}

class flyingbird extends bird {
    public void move() {
        system.out.println("flying...");
    }
}

class penguin extends bird {
    public void move() {
        system.out.println("swimming...");
    }
}

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通过重新设计层次结构，flyingbird 和 penguin 在替换 bird 时都能正确运行。

4. 接口隔离原则（isp）

定义：不应强迫客户端实现他们不使用的接口。相反，创建更小、更具体的界面。

为什么 isp 很重要

大型接口强制实现类包含它们不需要的方法。这会导致代码臃肿和不必要的依赖关系。

例子

// violating isp: a large interface with unrelated methods.
interface worker {
    void work();
    void eat();
}

class robot implements worker {
    public void work() {
        system.out.println("working...");
    }

    public void eat() {
        // robots don't eat, but they're forced to implement this method.
        throw new unsupportedoperationexception("robots don't eat!");
    }
}

// following isp: split the interface into smaller, focused interfaces.
interface workable {
    void work();
}

interface eatable {
    void eat();
}

class robot implements workable {
    public void work() {
        system.out.println("working...");
    }
}

class human implements workable, eatable {
    public void work() {
        system.out.println("working...");
    }

    public void eat() {
        system.out.println("eating...");
    }
}

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现在，robot 只实现了 workable 接口，避免了不必要的方法。

5. 依赖倒置原则（dip）

定义：高层模块不应该依赖于低层模块。两者都应该依赖于抽象。

为什么 dip 很重要

对具体实现的直接依赖使代码变得僵化且难以测试。 dip 提倡使用抽象（接口）来解耦组件。

例子

// Violating DIP: High-level class depends on a low-level implementation.
class MySQLDatabase {
    public void connect() {
        System.out.println("Connecting to MySQL...");
    }
}

class UserService {
    private MySQLDatabase database;

    public UserService() {
        this.database = new MySQLDatabase(); // Tight coupling
    }

    public void performDatabaseOperation() {
        database.connect();
    }
}

// Following DIP: High-level class depends on an abstraction.
interface Database {
    void connect();
}

class MySQLDatabase implements Database {
    public void connect() {
        System.out.println("Connecting to MySQL...");
    }
}

class UserService {
    private Database database;

    public UserService(Database database) {
        this.database = database; // Depend on abstraction
    }

    public void performDatabaseOperation() {
        database.connect();
    }
}

// Usage
Database db = new MySQLDatabase();
UserService userService = new UserService(db);
userService.performDatabaseOperation();

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通过这种设计，您可以轻松地交换数据库实现（例如 postgresql、mongodb），而无需修改 userservice 类。