[C++知识库]设计模式：面向对象的设计原则

问题引入：为什么要使用面向对象的设计？

面向对象设计最大的优势在于抵御变化，变化是复用的天敌！

如何解决复杂性？

• 分解
  人们面对复杂性有一个常见的做法：即分而治之，将大问题分解成许多的小问题，将复杂问题分解成多个简单问题

• 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的对象模型。

下面通过代码来理解分解和抽象：

• 分解的做法：

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;
	}	
};

// MainForm
class MainForm : public Form {
private:
	Point p1;
	Point p2;
	// 分而治之
	vector<Line> lineVector; // 画线
	vector<Rect> rectVector; // 画矩形
	// ... 扩展：画圆等
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);
	}

	// ...
	this->Refresh(); // 系统会调用OnPaint
	Form::OnMouseUp(e);
}

void MainForm::OnPaint(const MouseEventArgs& 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.DrawRect(Pens.Red,
		rectVector[i].leftUp,
		rectVector[i].width,
		rectVector[i].height);
	}
	// ...
	Form::OnPaint(e);
}

• 抽象的做法

class Shape {
	virtual Doraw(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(Pen.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.DrawRect(Pen.Red,
			leftUp, width, height);
	}
};

// MainForm
class MainForm : public Form {
private:
	Point p1;
	Point p2;
	// 针对所有形状
	vector<Shape*> shapeVector; // 依赖抽象，使用指针，可以实现多态，如果不使用指针，会对对象进行切割
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));
	}
	// 扩展
	// ...
	this->Refresh(); // 系统会调用OnPaint
	Form::OnMouseUp(e);
}

void MainForm::OnPaint(const MouseEventArgs& e) {
	for(int i = 0; i < shapeVector.size(); i++) {
		shapeVector[i]->Draw(e.Graphics); // 多态调用，各负其责
	}
	// ...
	Form::OnPaint(e);
}

重新认识面向对象

• 隔离变化
  从宏观层面来看，面向对象的构建的构建方式更能是适应软件的变化，能将变化所带来的影响减为最小。
• 各司其职
  从微观层面来讲，面向对象的方式更强调各个类的“职责”，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
  从语言层面来讲：对象封装了代码和数据。
  从规格层面来讲：对象是一系列可被使用的公共接口。
  从概念层面来讲：对象是拥有某种责任的抽象

设计原则

1、依赖倒置原则

• 高层模块(稳定)不应该依赖底层模块(变化)，二者都应该依赖抽象(稳定)
• 抽象(稳定)不应该依赖实现细节(变化)，实现细节应该依赖于抽象(稳定)
  总而言之，是易变化的依赖于稳定的，如果反过来，稳定的依赖变化的，稳定也就变得不稳定了。
  上述分解的做法中：
  高层模块（MainForm）依赖低层模块（Line，Rect），违背了依赖倒置原则。
  上述抽象做法中：
  高层模块（MainForm）和低层模块（Line，Rect）均依赖抽象（Shape），
  实现细节（Line，Rect）依赖于抽象（Shape）
  符合依赖倒置原则。

2、开闭原则

• 对扩展开放，对更改关闭
• 类模块应该是可扩展的，但是不可修改
  上述分解的做法中：
  MainForm中，如果增加一个圆，那么需要在MainForm中增加circleVector，这样的话就对MainForm需要进行修改，违背了开闭原则。

3、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

4、里氏替换原则

• 子类只能扩展父类的功能，而不能改写父类的方法，子类必须保证替换父类的时候不能改变原有的逻辑。
• 继承表达类型抽象

5、接口隔离原则

• 不应该强迫客户程序依赖他们不用的方法。
• 接口应该小而完备。该public,piublic,不需要的就protect,private

6、优先使用对象组合，而不是继承

• 类继承通常为“白象复用”，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。

7、封装变化点

• 使用封装来创建对象的分界层，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影响，从而下实现层次间的松耦合

8、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,
• 客户程序无需知道对象的具体类型，只需要知道对象所具有的接口，
• 减少系统中各部分的依赖，从而实现“高内聚，低耦合”的类型设计方案。
  上述分解做法中，MainForm依赖Line，Rect，就是针对实现了，违背了此原则。而抽象做法中，MainForm依赖Shape，就是针对接口了。