物件导向设计的五原则 SOLID

程式进阶架构知识 Coding Structure 物件导向设计的五原则 SOLID

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SOLID 原则对专案的影响很大，当专案一点一滴的导入 SOLID 原则的程式码，不少複杂的程式码慢慢被简化，被简化的程式码可以降低複杂度，读懂程式码的时间从原本需要花 20 分钟阅读，到只需要花费 2 分钟阅读。

缩短阅读时间对专案来说是一件好事，一般来说工程师「阅读程式码」的时间常常大于「新增/修改程式码」的时间，毕竟要先读懂才能动手嘛，因此缩短阅读程式码时间等于 缩短「新增/修改程式码」 程式码的时间。

遵循 SOLID 原则的程式码具有以下特性

降低程式码複杂度
缩短阅读程式码的时间
减少维护专案程式码的时间
能够容忍变化
容易扩展新逻辑
容易理解
容易複用

SOLID 原则说明

S: 单一职责原则 (Single responsibility principle, SRP)

目的

每个物件，不管是类别、函数，负责的功能，都应该 只做一件事。

原因

对函数而言，一个函数内，同时做了两件以上的事情。当发生错误时，很难快速定位错误的原因。也容易间接导至程式码的可阅读性降低。

O: 开放封闭原则 (Open-Close principle, OCP)

目的

当需求有异动时，要如何在不变动现在正常运行的程式码，藉由继承、相依性注入等方式，增加新的程式码，以实作新的需求。

原因

假若为了新需求，去修改了原本的程式中的某一个函数，可能会造成其他呼叫使用该函数的的功能，出现非预期的错误。

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

目的

子类别可以扩充套件父类别的功能，但 不改变 父类别原有的功能

原因

继承的特性导致高耦合，子类别对于方法修改(Override, Overload) 必须依照父类别行为方向，否则会对整体的继承体系照成破坏，会有产生不可预测的行为与不好察觉 Bug

假设你继承实作并且 override 的时候，必须先思考修改内容的行为方向是否符合父类别，如果行为不符合就意味着其实一开始就不属于该父类别

范例

一般正常 继承(is-a)，老鹰是鸟的一种，鸟为父类别，老鹰为子类别。而子类别也继承父类别的行为，比如说鸟会飞，老鹰为鸟的子类别，所以老鹰也会飞。

class Bird {
    int flySpeed;
    public void setFlySpeed(int flySpeed) {
        this.flySpeed = flySpeed;
    }
    public int getFlyTime(int distance) {
        return(distance/flySpeed);
    }
}

class Eagle extends Bird {}

public class LSP {
    public static void main(String[] args) {
        Bird eagle=new Eagle();
        eagle.setFlySpeed(120);
        System.out.println("路程300公里：");
        System.out.println("老鹰花了" + eagle.getFlyTime(300) + "小时.");
    }
}

// 路程300公里：
// 老鹰花了2.5小时.

不会飞的 企鹅 继承 鸟子类别

class Bird {
    int flySpeed;
    public void setFlySpeed(int flySpeed) {
        this.flySpeed = flySpeed;
    }
    public int getFlyTime(int distance) {
        return(distance/flySpeed);
    }

}

class Eagle extends Bird {}

class Penguin extends Bird {
    public void setFlySpeed(int flySpeed) {
        this.flySpeed = 0;
    }
}

public class LSP {
    public static void main(String[] args) {
        Bird eagle=new Eagle();
        Bird penguin=new Penguin();
        eagle.setFlySpeed(120);
        penguin.setFlySpeed(20);
        System.out.println("路程300公里：");
        System.out.println("老鹰花了" + eagle.getFlyTime(300) + "小时");
        System.out.println("企鹅花了" + penguin.getFlyTime(300) + "小时");
    }
}

// 飞行300公里：
// 老鹰花了2.5小时
//
// Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
// 	at Bird.getFlyTime(LSP.java:7)
// 	at LSP.main(LSP.java:28)

没有办法计算出企鹅飞行的时间，因为企鹅根本不会飞，违反了 LSP 原则，所以 企鹅 根本不应该继承 鸟，两者的属性不相同会导致发生意外的错误

Liskov Substitution Principle 的4个继承规范

子类别必须 完全实现 父类别的方法
子类别 可以有自己的特性
重载 (Overload) 或者实现父类别的方法时 输入参数可以被放大
复盖或者实现父类别的方法时 输出结果可以被缩小

LSP 的优缺点

优点

提高程式码的 重用性
提高类别的 扩充性

缺点

因为继承关係，耦合性增高 (修改父类别常数时需要思考是否会影响到其他继承的子类别)
降低程式码灵活性 (必须实作父类别所有方法)

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

目的

针对不同需求的用户，开放其对应需求的介面，提拱使用。

原因

避免不相关的需求介面异动，造成被强迫一同面对异动的情况。

假设你有一个拥有10个函数的类别，现在有 3 个不同的客户端都需要使用这个类别其中的 4、7、5 个函数。

如果直接把这个类别传给三个不同的客户端，则这些客户端很可能会因为它所没使用到的函数改变了，也被迫跟着改变（因为原本类别的介面改变了）。

另一种作法，则是针对三个不同的客户端，提供三个不同的 Adapter。透过 Adapter，只开放客户端所需的函数给它们，以隔离因为不相关介面改变所造成的客户端改变。

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

目的

当 A 模组在内部使用 B 模组的情况下，我们称 A 为上层高阶模组 (caller)，B 为底层低阶模组 (callee)。

上层高阶模组 (caller) 不应该 依赖于 底层低阶模组 (callee)，两者都该 依赖抽象介面。

原因

避免 上层高阶模组 (caller) 因为 底层低阶模组 (callee) 改变而被迫改变，导致更多 bug