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物件導向程式設計五大原則:SOLID

前幾天看到一篇非常有趣的文章,因為作者的老婆生產完要回到軟體開發的工作,作者就藉由生活上的比喻讓他瞭解何謂物件導向設計。很推薦大家有空的話可以看一下,作者在文中用很有趣的方式解釋了 SOLID 原則:

S: Single Responsibility Principle

單一責任原則,一個類別只負責一件事。當然,我們甚至可以把所有的程式都放在同一個原始檔中,但是這樣就會造成耦合度過高,導致維護成本高、可用性低。(就如同我們在前篇文章所提)

來看個例子,在 Rectangle 底下這兩個成員函式都是非常直觀的:畫矩形、算面積。問題出在什麼地方呢?問題就在於 draw() 與 area() 根本就是兩件獨立的事情,即使都與 Rectangle 有關。draw() 只會在圖形化應用被使用,而 area() 則是在地理計算應用中使用。

「但是,draw() 跟 area() 還是分開的啊,至少這作法直觀」,你可能會這樣想,這樣會有什麼缺點呢?

  • 明明不需要的,卻依舊被引用進去了,多出冗餘的程式。
  • 就是因為多出這部份程式,導致修改、編譯、測試都必須考慮到跟實作本身不相干的程式碼。
依照 SRP 原則,比較好的作法是 Rectangle.area() , RectangleUI.draw()。(但請注意,單一責任,而非限制只能單一函式)

O: Open-Closed Principle

開放(擴充)封閉(修改)原則:Client-Server 系統,如果我們要修改 Server ,甚至替換成另一種伺服器架構(Apache->Lighttpd),就不是這麼單純的,可能 Client 就要做對應的改變,這違反了封閉修改原則。

所以說,比較好的方式,我們應該開放擴充,把 Server 的介面延伸,做出一個抽象介面,讓雙方都依賴這個抽象介面。David Wheeler 說得好:「All problems in computer science can be solved by another level of indirection.」這樣一來,不論雙方做多大的更動,都只要遵循著抽象介面,我可以達到模組化可方便抽換的好處!

L: Liskov’s Substitution Principle

這是 Liskov 於 1994 年所提出的,原文如下:

Let *q(x) be a property provable about objects x of type T. Then q(y) should be provable for objects y of type S where S is a subtype of T.*
換句話說,就是子類別必須可以被父類別的所替換,還是有點抽象,看個例子:

可以看到在父類別 Bird 中,沒錯,子類別的鴕鳥跟翠鳥都是屬於鳥綱,但是在我們的設計中,卻認為 Bird 都必須要會飛,所以子類別都繼承了 Fly() 這個函式。導致:

  • 類別階層架構混亂,可能產生不符合預期的行為(Ostrich.Fly() )。
  • Unit test 時,父類別通過的測試子類別卻未必可以通過,維護困難。

I: The Interface Segregation Principle

介面分隔原則:繼續上個例子,如果我們設計 Bird 的介面如下:
問題又來了,鴕鳥並不會飛,但是因為 IBird 是個介面,所以所有的函式都必須被實作:

  • 很多冗餘的程式碼,又提高了耦合度
  • 難以維護、測試
  • Fat interfaces,可使用的介面太多,反而因為容易混淆而降低可用性
比較好的作法會是如下圖一般,把介面分割出來:
[![](http://www.hitripod.com/blog/content/images/2011/12/dggn8fwf_41f4cs85dz_b.png "dggn8fwf_41f4cs85dz_b")](http://www.hitripod.com/blog/content/images/2011/12/dggn8fwf_41f4cs85dz_b.png)

D: The Dependency Inversion Principle

相依性倒轉原則:試想,如果輪胎破了,你可以想像因為你原廠的輪胎不再產,因此你得整台車換掉的慘況嗎?當然,這不可能發生,同樣的,在軟體設計中,我們不應該讓 High-level module 依賴 Low-level components,而是把這相依關係反向,依賴一個抽象的規格。就如同輪胎一樣,每家車廠設計出來的不可能完全一樣,但是各車廠只要依照輪徑、輪寬等規格設計,輪胎爆了,想換哪家輪胎就完全隨你高興!(Pluggable Nature)

結論

最後,用簡單的幾句話下個結論:

S: 單一類別單一責任、低耦合。
O: 開放擴充、封閉修改。
L: 類別間的相容性。
I: 介面要特定目的、易懂、可再用性高。
D: 抽象化。

更多的設計原則

“Composition over Inheritance": This says about favoring composition over inheritance.
“Principle of least knowledge": This says that “the less your class knows, the better".
“The Common Closure principle" : This says that “related classes should be packaged together".
“The Stable Abstractions principle": This says that “the more stable a class is, the more it must consist of abstract classes."

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