软件设计原则（下）

Posted 2022-12-13 穿越临界点

在学习资料满天飞的大环境下，知识变得非常零散，体系化的知识并不多，这就导致很多人每天都努力学习到感动自己，最终却收效甚微，甚至放弃学习。我的使命就是过滤掉大量的无效信息，将知识体系化，以短平快的方式直达问题本质，把大家从大海捞针的痛苦中解脱出来。

文章目录

• • 0 前言
  • 1 开闭、依赖倒转、里氏替换
  • • 1.1 开闭原则
    • 1.2 依赖倒转原则与面向接口编程
    • • 1.2.1 两者关系
      • 1.2.2 泛化接口的概念
    • 1.3 里氏替换原则与多态
    • • 1.3.1 两者关系
      • 1.3.2 泛化多态的概念
    • 1.4 三者关系
  • 2 最佳实践
  • • 2.1 运用上述原则的关键
    • 2.2 可参考的设计经验
    • 2.3 编码阶段如何落地
  • 3 总结

0 前言

上一篇的3个设计原则主要关注的是 职责 ，本篇介绍的3个设计原则主要关注的是 变化 。

1 开闭、依赖倒转、里氏替换

1.1 开闭原则

开闭原则的定义是：对扩展开放，对修改关闭。

修改指的是修改原有代码；扩展指的是新增代码。对于业务需求的变更（修改或者新增），尽量使用扩展的方式，而不是修改原有代码的方式实现。因为这种方式是最安全的，也是最便捷的。

开闭原则本质上关注的是如何处理变化 —— 将变化集中处理（把兔子关到笼子里，并不是杀掉兔子）。

将变化集中的另外一层含义是保留稳定部分不动。具体思路是将变化和稳定分离开，然后只需要关注变化部分。

用PCA的思想来分析这个过程，就是找到一个维度方向（x轴），该方向上变化的方差是最大的（变化区分度更大，也就意味着代码更容易扩展），垂直x轴方向的维度（y轴）代表稳定，由于稳定的代码我们不需要经常改动，所以y轴可以舍弃不进行分析，这样就做到了降维的效果。

所以，开闭原则最底层的思想是 降维 。分割就是为了达到降维的目的。

1.2 依赖倒转原则与面向接口编程

1.2.1 两者关系

1. 关系

面向接口编程就会导致依赖倒转，遵循了依赖倒转原则写代码就是面向接口编程。

2. 约束

所以，特意区分这两个概念没有价值，掌握两者对编码的约束就好了。

高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖抽象。抽象不应该依赖细节；细节应该依赖抽象。

Tips：对高层模块和低层模块做一个解释：如果把低层模块比作积木，那高层模块就是由积木拼成的房子。

3. 好处

• 可以充当“风险堤坝”，防止一个模块内的“坏代码”导致的风险溢出和扩散。

• 方便接口测试和TDD（Test-Driven Development），以及问题定位。

• 方便团队协作开发。

1.2.2 泛化接口的概念

面向接口编程、面向协议、面向锲约编程说的都是一回事儿——都是 面向抽象编程 。

抽象是一枚硬币，模块间稳定的联系和模块内灵活的变化是这枚硬币的两面。

接口要稳定，实现要灵活。稳定与变化就可兼得。

在代码中稳定的东西一般都是抽象的东西，太细节的东西是很容易变化的，所以依赖抽象才会使两个模块或类之间的联系变得稳定，但又是因为抽象，没有把联系约束的很死板，使得模块或类真正实现时又可以变得很灵活，可以有多种不同的实现方式（这不就是多态么，后文会再次提到）。

代码越抽象就意味着代码越灵活，也意味着代码的复用性和扩展性更强。

抽象的协议都可以作为接口，并不一定指Java中的Interface这类的狭义接口。

接口不光可以是方法接口，也可以是纯数据接口。比如各种通信协议就是纯数据接口。

接口也并不一定只存在于类与类之间或者模块和模块之间，还可以存在于方法与方法之间或者系统与系统之间。也就是说可以有不同粒度的接口。

接口也可以是一个模板。活字印刷就是很好的例子。

1.3 里氏替换原则与多态

1.3.1 两者关系

里氏替换原则为使用多态的正确性提供了保证。

里氏替换原则就是要程序员保证只要父类能出现的地方，就可以使用子类替换，而且不会产生任何错误和异常。

而多态就是调用者使用父类（或接口）引用时调用父类（或接口）内的方法，但由于引用指向的子类不同而导致调用方法的细节实现不同。

有一种提法是静态多态和动态多态。编译期的绑定（前绑定）就是静态多态。运行时绑定（后绑定或延迟绑定）就是动态多态。

1.3.2 泛化多态的概念

接口相同，内部实现不同就是泛化的多态。

如果泛化多态的概念，那解决扩展问题的思路就可以豁然打开了。

1. 可以使用子类覆写父类虚函数的狭义多态实现方法。
2. 可以使用函数指针动态绑定（狭义多态就是使用函数指针实现的）。
3. 可以使用通用数据类型（void *配合共用体；或者使用C++17开始支持的std::any)。
4. 可以使用命令字的方式。
5. 可以使用字符串对象指向不同的配置文件（使用metadata的方式）。
6. …

1.4 三者关系

开闭原则讲的是面对业务变化我们要朝哪个方向走；依赖倒转原则为“开闭”中的 “闭” 提供了一种解决方案，泛化的接口则包含了所有的解决方案；里氏替换原则为开闭中的 “开” 提供了一种解决方案，泛化的多态则包含了所有的解决方案。

2 最佳实践

2.1 运用上述原则的关键

关键是对业务把控能力很强，抽象出的接口不光能兼顾当前功能，还能兼容新增业务。

能够将接口标准化，则需要对业务乃至整个行业都有精准和深入的理解。

2.2 可参考的设计经验

1. 泛化接口+泛化多态+工厂

   可以将变化约束在2个地方：新增类和修改“工厂”。

2. 泛化接口+泛化多态+依赖注入

   可以将变化约束在2个地方：新增类和外部配置文件。

3. 其它设计模式的灵活应用

2.3 编码阶段如何落地

1. 设计类时先设计接口。
2. 设计接口时要尽量抽象和通用。
3. 父类不要调用子类方法。
4. 子类只覆写（不要重载）父类虚函数。如果不是写库，无论什么业务场景都不建议使用函数重载，太容易用混。

3 总结

本篇的3个设计原则非常重要，指导了几乎所有的设计模式。

此外，牢记抽象、稳定、变化、接口、多态 这几个关键词。

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