设计模式的引入

萧萧玉树2025-02-27 18:09

面向对象设计原则

  • [1. 软件设计固有的复杂性](#1. 软件设计固有的复杂性)
  • [2. 面向对象设计原则](#2. 面向对象设计原则)
    • [2.1 引入](#2.1 引入)
    • [2.2 依赖倒置原则](#2.2 依赖倒置原则)
    • [2.3 开放封闭原则](#2.3 开放封闭原则)
    • [2.4 单一职责原则](#2.4 单一职责原则)
    • [2.5 Liskov 替换原则（ LSP）](#2.5 Liskov 替换原则（ LSP）)
    • [2.6 接口隔离原则（ ISP）](#2.6 接口隔离原则（ ISP）)
    • [2.7 优先使用对象组合，而不是类继承](#2.7 优先使用对象组合，而不是类继承)
    • [2.8 封装变化点](#2.8 封装变化点)
    • [2.9 针对接口编程，而不是针对实现编程](#2.9 针对接口编程，而不是针对实现编程)

1. 软件设计固有的复杂性

建筑商从来不会去想给一栋已建好的100层高的楼房底下再新修一个小地下室------这样做花费极大而且注定要失败。
然而令人惊奇的是，软件系统的用户在要求作出类似改变时却不会仔细考虑，而且他们认为这只是需要简单编程的事。
							      ------Object-Oriented Analysis and Designwith Applications

为什么软件设计复杂？本质原因是变化，包括客户需求的变化、技术平台的变化、开发团队的变化、市场环境的变化...

如何解决复杂性问题呢？

  1. 分解：人们面对复杂性有一个常见的做法：即分而治之，将大问题分解为多个小问题，将复杂问题分解为多个简单问题
  2. 抽象：更高层次来讲，人们处理复杂性有一个通用的技术，即抽象。由于不能掌握全部的复杂对象，我们选择忽视它的非本质细节，而去处理泛化和理想化了的对象模型。

2. 面向对象设计原则

2.1 引入

一个好的设计和差的设计之间有什么区别？好的设计是能够抵御变化的，是能够尽量复用代码的。

我猜你应该用过或者看到过画图软件 ，你有思考过画图软件的底层实现吗？

几乎每一个画图软件，都可以绘制常见图形，比如圆、正方形、长方形、矩形、三角形...思考一下，如果要你去实现绘图的功能，你会怎么实现？我在学习设计思想之前，第一个想到的办法是用大量的if else去判断是哪个图像，就调用哪个方法，就像下面这个代码一样

cpp 复制代码 
class Point{
public:
	int x;
	int y;
};

class Line{
public:
	Point start;
    Point end;

	Line(const Point& start, const Point& end){
        this->start = start;
        this->end = end;
    }

};

class Rect{
public:
	Point leftUp;
    int width;
	int height;

	Rect(const Point& leftUp, int width, int height){
        this->leftUp = leftUp;
        this->width = width;
		this->height = height;
    }

};

//增加
class Circle{


};

class MainForm : public Form {
private:
	Point p1;
	Point p2;

	vector<Line> lineVector;
	vector<Rect> rectVector;
	//改变
	vector<Circle> circleVector;

public:
	MainForm(){
		//...
	}
protected:

	virtual void OnMouseDown(const MouseEventArgs& e);
	virtual void OnMouseUp(const MouseEventArgs& e);
	virtual void OnPaint(const PaintEventArgs& e);
};


void MainForm::OnMouseDown(const MouseEventArgs& e){
	p1.x = e.X;
	p1.y = e.Y;

	//...
	Form::OnMouseDown(e);
}

void MainForm::OnMouseUp(const MouseEventArgs& e){
	p2.x = e.X;
	p2.y = e.Y;

	if (rdoLine.Checked){
		Line line(p1, p2);
		lineVector.push_back(line);
	}
	else if (rdoRect.Checked){
		int width = abs(p2.x - p1.x);
		int height = abs(p2.y - p1.y);
		Rect rect(p1, width, height);
		rectVector.push_back(rect);
	}
	//改变
	else if (...){
		//...
		circleVector.push_back(circle);
	}

	//...
	this->Refresh();

	Form::OnMouseUp(e);
}

void MainForm::OnPaint(const PaintEventArgs& e){

	//针对直线
	for (int i = 0; i < lineVector.size(); i++){
		e.Graphics.DrawLine(Pens.Red,
			lineVector[i].start.x, 
			lineVector[i].start.y,
			lineVector[i].end.x,
			lineVector[i].end.y);
	}

	//针对矩形
	for (int i = 0; i < rectVector.size(); i++){
		e.Graphics.DrawRectangle(Pens.Red,
			rectVector[i].leftUp,
			rectVector[i].width,
			rectVector[i].height);
	}

	//改变
	//针对圆形
	for (int i = 0; i < circleVector.size(); i++){
		e.Graphics.DrawCircle(Pens.Red,
			circleVector[i]);
	}

	//...
	Form::OnPaint(e);
}

假如我们现在要新增一个图形，我们就得在后面增加if else判断，然后重新编译，重新运行...经过一系列的步骤完成更改。这看起来也没有多麻烦，因为代码量太少了，但如果是在大型项目里，是很麻烦的，而且增加if else也有可能会起冲突。假如后面要增加非常多的图形，if else就会非常多，逐渐会变成屎山代码

再看这个功能的另一种设计

cpp 复制代码 
class Shape{
public:
	virtual void Draw(const Graphics& g)=0;
	virtual ~Shape() { }
};


class Point{
public:
	int x;
	int y;
};

class Line: public Shape{
public:
	Point start;
	Point end;

	Line(const Point& start, const Point& end){
		this->start = start;
		this->end = end;
	}

	//实现自己的Draw，负责画自己
	virtual void Draw(const Graphics& g){
		g.DrawLine(Pens.Red, 
			start.x, start.y,end.x, end.y);
	}

};

class Rect: public Shape{
public:
	Point leftUp;
	int width;
	int height;

	Rect(const Point& leftUp, int width, int height){
		this->leftUp = leftUp;
		this->width = width;
		this->height = height;
	}

	//实现自己的Draw，负责画自己
	virtual void Draw(const Graphics& g){
		g.DrawRectangle(Pens.Red,
			leftUp,width,height);
	}

};

//增加
class Circle : public Shape{
public:
	//实现自己的Draw，负责画自己
	virtual void Draw(const Graphics& g){
		g.DrawCircle(Pens.Red,
			...);
	}

};

class MainForm : public Form {
private:
	Point p1;
	Point p2;

	//针对所有形状
	vector<Shape*> shapeVector;

public:
	MainForm(){
		//...
	}
protected:

	virtual void OnMouseDown(const MouseEventArgs& e);
	virtual void OnMouseUp(const MouseEventArgs& e);
	virtual void OnPaint(const PaintEventArgs& e);
};


void MainForm::OnMouseDown(const MouseEventArgs& e){
	p1.x = e.X;
	p1.y = e.Y;

	//...
	Form::OnMouseDown(e);
}

void MainForm::OnMouseUp(const MouseEventArgs& e){
	p2.x = e.X;
	p2.y = e.Y;

	if (rdoLine.Checked){
		shapeVector.push_back(new Line(p1,p2));
	}
	else if (rdoRect.Checked){
		int width = abs(p2.x - p1.x);
		int height = abs(p2.y - p1.y);
		shapeVector.push_back(new Rect(p1, width, height));
	}
	//改变
	else if (...){
		//...
		shapeVector.push_back(circle);
	}

	//...
	this->Refresh();

	Form::OnMouseUp(e);
}

void MainForm::OnPaint(const PaintEventArgs& e){

	//针对所有形状
	for (int i = 0; i < shapeVector.size(); i++){

		shapeVector[i]->Draw(e.Graphics); //多态调用，各负其责
	}

	//...
	Form::OnPaint(e);
}

这个设计直接让所有的图形继承自了Shape基类，并重写基类虚函数Draw，利用运行时多态消除了代码变化，使得在调用绘图方法时，不需要关注是哪个图形，而统一调用Draw方法

如果此时新增了图形，只需要新增此图形的类，并继承自Shape类，重写Draw方法，就可以完成修改，不需要动任何代码，只需要新增一个类文件即可。

重新认识面向对象

  • 理解隔离变化
    • 从宏观层面来看，面向对象的构建方式更能适应软件的变化，能将变化所带来的影响减为最小
  • 各司其职
    • 从微观层面来看，面向对象的方式更强调各个类的"责任"
    • 由于需求变化导致的新增类型不应该影响原来类型的实现------是所谓各负其责
  • 对象是什么？
    • 从语言实现层面来看，对象封装了代码和数据。
    • 从规格层面讲，对象是一系列可被使用的公共接口。
    • 从概念层面讲，对象是某种拥有责任的抽象。

2.2 依赖倒置原则

  • 高层模块(稳定)不应该依赖于低层模块(变化)，二者都应该依赖于抽象(稳定) 。
  • 抽象(稳定)不应该依赖于实现细节(变化) ，实现细节应该依赖于抽象(稳定)。

    上面的代码中，第一种设计让MainForm依赖了Line和Rect，MainForm是高层稳定的模块，Line和Rect是底层变化的模块，让稳定的依赖变化的，稳定的也会被改变

    而第二种设计，让高层和底层都依赖了抽象，此时就解决了变化的问题

2.3 开放封闭原则

  • 对扩展开放，对更改封闭。
  • 类模块应该是可扩展的，但是不可修改

假如你是一个工匠，有一个桌子，现在你想提高它的防火能力，有两种解决办法:1. 换耐火材料重新打造一个新桌子； 2. 给桌子涂一层防火漆

相信大部分人都会选择给桌子涂一层防火漆，因为这是这简单高效解决此问题的方案，同理软件工程里，尽量让设计可扩展，而不是去修改他

2.4 单一职责原则

  • 一个类应该仅有一个引起它变化的原因。
  • 变化的方向隐含着类的责任。

2.5 Liskov 替换原则（ LSP）

  • 子类必须能够替换它们的基类(IS-A)。
  • 继承表达类型抽象

确保父类的方法和属性被子类继承后依旧能够使用，如果父类的成员在子类不需要，则不应该是继承关系

2.6 接口隔离原则（ ISP）

  • 不应该强迫客户程序依赖它们不用的方法。
  • 接口应该小而完备

2.7 优先使用对象组合，而不是类继承

  • 类继承通常为"白箱复用"，对象组合通常为"黑箱复用" 。
  • 继承在某种程度上破坏了封装性，子类父类耦合度高。
  • 而对象组合则只要求被组合的对象具有良好定义的接口，耦合度低。

2.8 封装变化点

使用封装来创建对象之间的分界层，让设计者可以在分界层的一侧进行修改，而不会对另一侧产生不良的影响，从而实现层次间的松耦合

2.9 针对接口编程，而不是针对实现编程

  • 不将变量类型声明为某个特定的具体类，而是声明为某个接口。
  • 客户程序无需获知对象的具体类型，只需要知道对象所具有的接口。
  • 减少系统中各部分的依赖关系，从而实现"高内聚、松耦合"的类型设计方案。
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