设计原则与思想：面向对象

Posted 2022-03-16 木兮同学

文章目录

• 如何评价代码质量的高低？
• 当谈论面向对象的时候，我们到底在谈论什么？
• 哪些代码设计看似是面向对象，实际是面向过程的？
• 接口vs抽象类的区别？
• 为何说要多用组合少用继承？如何决定该用组合还是继承？
• 如何做面向对象分析和面向对象设计？

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如何评价代码质量的高低？

• 灵活性（flexibility）、可扩展性（extensibility）、可维护性（maintainability）、可读性（readability）
• 可理解性（understandability）、易修改性（changeability）、可复用性（reusability）、可测试性（testability）
• 模块化（modularity）、高内聚低耦合（high cohesion loose coupling）、高效（high effciency）、高性能（high performance）
• 安全性（security）、兼容性（compatibility）、易用性（usability）、整洁（clean）、清晰（clarity）、简单（simple）
• 直接（straightforward）、少即是多（less code is more）、文档详尽（well-documented）、分层清晰（well-layered）
• 正确性（correctness、bug free）、健壮性（robustness）、鲁棒性（robustness）、可用性（reliability）
• 可伸缩性（scalability）、稳定性（stability）、优雅（elegant）、好（good）、坏（bad）……

当谈论面向对象的时候，我们到底在谈论什么？

1. 什么是面向对象编程与面向对象编程语言？

• 面向对象编程是一种编程范式或编程风格。它以类或对象作为组织代码的基本单元，并将封装、抽象、继承、多态四个特性，作为代码设计和实现的基石 。
• 面向对象编程语言是支持类或对象的语法机制，并有现成的语法机制，能方便地实现面向对象编程四大特性（封装、抽象、继承、多态）的编程语言。

2. 封装、抽象、继承、多态分别可以解决哪些编程问题？

• 封装（Encapsulation）：类通过暴露有限的访问接口，授权外部仅能通过类提供的方式（或者叫函数）来访问内部信息或者数据。
• 抽象（Abstraction）：封装主要讲的是如何隐藏信息、保护数据，而抽象讲的是如何隐藏方法的具体实现，让调用者只需要关心方法提供了哪些功能，并不需要知道这些功能是如何实现的。在面向对象编程中，我们常借助编程语言提供的接口类或者抽象类这两种语法机制，来实现抽象这一特性。
• 继承（Inheritance）：继承是用来表示类之间的 is-a 关系，比如猫是一种哺乳动物。继承最大的一个好处就是代码复用。假如两个类有一些相同的属性和方法，我们就可以将这些相同的部分，抽取到父类中，让两个子类继承父类。
• 多态（Polymorphism）：多态是指，子类可以替换父类，也即父类引用指向子类对象，在实际的代码运行过程中，调用子类的方法实现。

3. 什么是面向过程编程与面向过程编程语言？

• 面向过程编程也是一种编程范式或编程风格。它以过程（可以理解为方法、函数、操作）作为组织代码的基本单元，以数据与方法相分离为最主要的特点。面向过程风格是一种流程化的编程风格，通过拼接一组顺序执行的方法来操作数据完成一项功能。
• 它最大的特点是不支持类和对象两个语法概念，不支持丰富的面向对象编程特性（比如继承、多态、封装），仅支持面向过程编程。

哪些代码设计看似是面向对象，实际是面向过程的？

• 滥用 getter、setter 方法。在设计实现类的时候，除非真的需要，否则尽量不要给属性定义 setter 方法。除此之外，尽管 getter 方法相对 setter 方法要安全些，但是如果返回的是集合容器，那也要防范集合内部数据被修改的风险。
• Constants 类、Utils 类的设计问题。对于这两种类的设计，我们尽量能做到职责单一，定义一些细化的小类，比如 RedisConstants、FileUtils，而不是定义一个大而全的 Constants 类、Utils 类。除此之外，如果能将这些类中的属性和方法，划分归并到其他业务类中，那是最好不过的了，能极大地提高类的内聚性和代码的可复用性。
• 基于贫血模型的开发模式。因为数据和操作是分开定义在 VO/BO/Entity 和 Controler/Service/Repository 中的，如果你是基于 MVC 三层结构做 Web 方面的后端开发，这样的代码你可能天天都在写。传统的 MVC 结构分为 Model 层、Controller 层、View 层这三层。不过，在做前后端分离之后，三层结构在后端开发中，会稍微有些调整，被分为 Controller 层、Service 层、Repository 层。Controller 层负责暴露接口给前端调用，Service 层负责核心业务逻辑，Repository 层负责数据读写。而在每一层中，我们又会定义相应的 VO（View Object）、BO（Business Object）、Entity。一般情况下，VO、BO、Entity 中只会定义数据，不会定义方法，所有操作这些数据的业务逻辑都定义在对应的 Controller 类、Service 类、Repository 类中。这就是典型的面向过程的编程风格。
• 实际上，面向过程编程是面向对象编程的基础，面向对象编程离不开基础的面向过程编程。为什么这么说？仔细想想，类中每个方法的实现逻辑，不就是面向过程风格的代码吗？

接口vs抽象类的区别？

• 抽象类和接口的语法特性：抽象类更多的是为了代码复用，而接口就更侧重于解耦。接口是对行为的一种抽象，相当于一组协议或者契约，你可以联想类比一下 API 接口。调用者只需要关注抽象的接口，不需要了解具体的实现，具体的实现代码对调用者透明。接口实现了约定和实现相分离，可以降低代码间的耦合性，提高代码的可扩展性。
• 抽象类和接口存在的意义：抽象类是对成员变量和方法的抽象，是一种 is-a 关系，是为了解决代码复用问题。接口仅仅是对方法的抽象，是一种 has-a 关系，表示具有某一组行为特性，是为了解决解耦问题，隔离接口和具体的实现，提高代码的扩展性。
• 抽象类和接口的应用场景区别：什么时候该用抽象类？什么时候该用接口？实际上，判断的标准很简单。如果要表示一种 is-a 的关系，并且是为了解决代码复用问题，我们就用抽象类；如果要表示一种 has-a 关系，并且是为了解决抽象而非代码复用问题，那我们就用接口。

为何说要多用组合少用继承？如何决定该用组合还是继承？

• 继承最大的问题就在于：继承层次过深、继承关系过于复杂会影响到代码的可读性和可维护性。
• 我们很难真正使用继承，根本原因在于，自然界中，代际之间是存在变异的，物种之间也是，而且这种变化是无法做规律化描述的，既伴随着某些功能的增加，也伴随着某些功能的弱化，甚至还有某些功能的改变。 在软件行业最早期，软件功能很贫乏，需要不断增加软件功能来满足需求，这时候继承关系能够体现软件迭代后功能增强的特点。但很快就达到瓶颈期，功能不再是衡量软件好坏的主要指标，各种差异化的体验变得更加重要，此时软件迭代时不再是单纯的功能的累加，甚至于是完全的推倒重来，编程语言上的继承关系也就随之被废弃。
• 从理论上讲，通过组合、接口、委托三个技术手段，我们完全可以替换掉继承，在项目中不用或者少用继承关系，特别是一些复杂的继承关系。
• 如何判断该用组合还是继承？尽管我们鼓励多用组合少用继承，但组合也并不是完美的，继承也并非一无是处。在实际的项目开发中，我们还是要根据具体的情况，来选择该用继承还是组合。如果类之间的继承结构稳定，层次比较浅，关系不复杂，我们就可以大胆地使用继承。反之，我们就尽量使用组合来替代继承。除此之外，还有一些设计模式、特殊的应用场景，会固定使用继承或者组合。

如何做面向对象分析和面向对象设计？

面向对象分析的产出是详细的需求描述。面向对象设计的产出是类。在面向对象设计这一环节中，我们将需求描述转化为具体的类的设计。这个环节的工作可以拆分为下面四个部分。

• 划分职责进而识别出有哪些类：根据需求描述，我们把其中涉及的功能点，一个一个罗列出来，然后再去看哪些功能点职责相近，操作同样的属性，可否归为同一个类。
• 定义类及其属性和方法：我们识别出需求描述中的动词，作为候选的方法，再进一步过滤筛选出真正的方法，把功能点中涉及的名词，作为候选属性，然后同样再进行过滤筛选。
• 定义类与类之间的交互关系：UML 统一建模语言中定义了六种类之间的关系。它们分别是：泛化、实现、关联、聚合、组合、依赖。我们从更加贴近编程的角度，对类与类之间的关系做了调整，保留四个关系：泛化、实现、组合、依赖。
• 将类组装起来并提供执行入口：我们要将所有的类组装在一起，提供一个执行入口。这个入口可能是一个 main() 函数，也可能是一组给外部用的 API 接口。通过这个入口，我们能触发整个代码跑起来。