C# 实例解释面向对象编程中的开闭原则

Posted 2022-02-26 dotNET跨平台

在面向对象编程中，SOLID 是五个设计原则的首字母缩写，旨在使软件设计更易于理解、灵活和可维护。这些原则是由美国软件工程师和讲师罗伯特·C·马丁(Robert Cecil Martin)提出的许多原则的子集，在他2000年的论文《设计原则与设计模式》中首次提出。

SOLID 原则包含：

• S：单一功能原则（single-responsibility principle）

• O：开闭原则（open-closed principle）

• L：里氏替换原则（Liskov substitution principle）

• I：接口隔离原则（Interface segregation principle）

• D：依赖反转原则（Dependency inversion principle）

本文我们来介绍开闭原则。

开闭原则

在面向对象编程领域中，开闭原则 (open-closed principle, OCP) 规定“软件中的对象（类，模块，函数等等）应该对于扩展是开放的，而对于修改是封闭的”，这意味着一个实体是允许在不改变它的源代码的前提下变更它的行为。该特性在产品化的环境中是特别有价值的，在这种环境中，改变源代码需要代码审查，单元测试以及诸如此类的用以确保产品使用品质的过程。遵循开闭原则的代码在扩展时并不发生改变，因此无需这些过程。

具体到类，也就是说，在不修改类本身代码的情况下，应该是可以扩展它的行为的。

C# 示例

让我们回顾一下上一篇文章单一功能原则中提到的 AreaCalculator 类，

class AreaCalculator

    private List<object> _shapes;

    public AreaCalculator(List<object> shapes)
    
        _shapes = shapes;
    

    /// <summary>
    /// 计算所有形状的面积总和
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public double Sum()
    
        List<double> areas = new List<double>();

        foreach (var item in _shapes)
        
            if (item is Square s)
            
                areas.Add(Math.Pow(s.SideLength, 2));
            
            else if (item is Circle c)
            
                areas.Add(Math.PI * Math.Pow(c.Radius, 2));
            
        

        return areas.Sum();
    

对于上面的计算方法，考虑这样一种场景，用户想要计算一些其它形状的面积总和，比如三角形、矩形、五边形等等…… 您将不得不反复编辑此类以添加更多的 if/else 块，这就违反了开闭原则。

§改进

一个更好的做法是，将计算每个形状的面积的逻辑从 AreaCalculator 类中移除，并将其添加到对应每个形状的类中。我们可以定义一个带有 CalcArea 方法的接口 IShape，然后让每个形状都实现这个接口。

接口 IShape：

interface IShape

    /// <summary>
    /// 计算面积
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    double CalcArea();

修改后的 Square 和 Circle 类：

/// <summary>
/// 正方形
/// </summary>
class Square : IShape

    public Square(double length)
    
        SideLength = length;
    
    public double SideLength  get; init; 

    public double CalcArea()
    
        return Math.Pow(SideLength, 2);
    


/// <summary>
/// 圆形
/// </summary>
class Circle : IShape

    public Circle(double radius)
    
        Radius = radius;
    

    public double Radius  get; init; 

    public double CalcArea()
    
        return Math.PI * Math.Pow(Radius, 2);
    

AreaCalculator 类也要对应做一些修改：

class AreaCalculator

    private List<IShape> _shapes;

    public AreaCalculator(List<IShape> shapes)
    
        _shapes = shapes;
    

    /// <summary>
    /// 计算面积总和
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public double Sum()
    
        List<double> areas = new List<double>();

        foreach (var item in _shapes)
        
            areas.Add(item.CalcArea());
        

        return areas.Sum();
    

此时，如果我们有一个新的形状需要进行计算，我们可以直接添加一个实现了接口 IShape 的新类，而无需修改 AreaCalculator 类的代码，比如添加一个长方形类：

/// <summary>
/// 长方形
/// </summary>
class Rectangle : IShape

    public Rectangle(double width, double height)
    
        Width = width;
        Height = height;
    

    public double Width  get; init; 
    public double Height  get; init; 

    public double CalcArea()
    
        return Width * Height;
    

处理输出格式的 SumCalculatorOutputter 类同样无需修改：

class SumCalculatorOutputter

    protected AreaCalculator _calculator;

    public SumCalculatorOutputter(AreaCalculator calculator)
    
        _calculator = calculator;
    

    public string String()
    
        return $"Sum of the areas of provided shapes: _calculator.Sum()";
    

    public string JSON()
    
        var data = new  Sum = _calculator.Sum() ;
        return System.Text.Json.JsonSerializer.Serialize(data);
    

然后，我们修改 Main 方法中的代码来测试一下：

static void Main(string[] args)

    var shapes = new List<IShape> 
            new Circle(2),
            new Square(5),
            new Rectangle(2,3)
    ;

    var areaCalculator = new AreaCalculator(shapes);
    var outputer = new SumCalculatorOutputter(areaCalculator);
    Console.WriteLine(outputer.JSON());
    Console.WriteLine(outputer.String());

运行一下，输出结果为：

"Sum":43.56637061435917
Sum of the areas of provided shapes: 43.56637061435917

现在，这些类的设计，既遵循了单一功能原则，又遵循了开闭原则。

总结

本文我介绍了 SOLID 原则中的开闭原则 (open-closed principle)，并通过 C# 代码示例简明地诠释了它的含意和实现，希望对您有所帮助。

作者 ：技术译民
出品 ：技术译站（https://ITTranslator.cn/）

参考文档：

• https://en.wikipedia.org/wiki/SOLID

• https://www.digitalocean.com/community/conceptual_articles/s-o-l-i-d-the-first-five-principles-of-object-oriented-design