软件工程---软件设计模式与体系结构
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✓ 其英文定义为： • Every object should have a single responsibility, and that responsibility should be entirely encapsulated by the class.
✓ 另一种定义方式如下： • 就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因。
利用抽象，隔离变化。
✓抽象化是 开闭原则 的关键。
✓ 开闭原则还可以通过一个更加具体的“对可变性封 装原则”来描述，对可变性封装原则(Principle of Encapsulation of Variation, EVP)要求找到系统 的可变因素并将其封装起来。
面向对象的核心
将频繁变化的部分 抽象
★★★★★
接口隔离原则ISP (Interface Segregation
Principle)
使用多个专门的接口来取代一个统一的接口
★★☆☆☆
合成复用原则CRP(Composite 在系统中应该尽量多使用组合和聚合关联关系， ★★★★☆
Reuse Principle)
尽量少使用甚至不使用继承关系
迪米特法则LoD (Law of Demeter)
✓ 其英文定义为：
• Functions that use pointers or references to base classes must be able to use objects of derived classes without knowing it.
依赖倒置原则的根本
里氏代换原则
✓ 实现开闭原则的关键是抽象化，并且从抽象化导出具体 化实现，如果说开闭原则是面向对象设计的目标的话， 那么依赖倒转原则就是面向对象设计的主要手段。
所有依赖关系，均应终止于抽象类或者接口
依赖倒转原则
依赖倒转原则分析（如何实现依赖倒转？）
✓ 类之间的耦合
• 零耦合关系
• 具体耦合关系 • 抽象耦合关系
设计模式的定义与分类
设计模式的定义
✓ 设计模式(Design Pattern)是一套被反复使用、多数人 知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结，使用 设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、 保证代码可靠性。
设计模式的定义与分类
设计模式的基本要素
✓ 设计模式一般有如下几个基本要素：模式名称、问题、 目的、解决方案、效果、实例代码和相关设计模式，其 中的关键元素包括以下四个方面：
—253个建筑和城市规划模式 ✓ 模式
• Context（模式可适用的前提条件） • Theme或Problem（在特定条件下要解决的目标问题） • Solution（对目标问题求解过程中各种物理关系的记述）
设计模式的诞生与发展
模式的诞生与定义
✓ Alexander给出了关于模式的经典定义：每个模式都描 述了一个在我们的环境中不断出现的问题，然后描述了 该问题的解决方案的核心，通过这种方式，我们可以无 数次地重用那些已有的解决方案，无需再重复相同的工 作。
✓ 其英文定义为： • There should never be more than one reason for a class to change.
单一职责原则
单一职责原则分析
✓ 一个类（或者大到模块，小到方法）承担的职责越多，它被复用的 可能性越小，而且如果一个类承担的职责过多，就相当于将这些职 责耦合在一起，当其中一个职责变化时，可能会影响其他职责的运 作。
• 一个软件实体应当对 扩展 开放，对 修改 关闭。也就是说在设
计一个模块的时候，应当使这个模块可以在不被修改的前提下 被扩展，即实现在不修改源代码的情况下改变这个模块的行为。
✓ 其英文定义为：
• Software entities should be open for extension, but closed for modification.
依赖倒转原则分析
✓ 依赖注入 • 构造注入(Constructor Injection)：通过构造函数注 入实例变量。 • 设值注入(Setter Injection)：通过Setter方法注入实 例变量。 • 接口注入(Interface Injection)：通过接口方法注入 实例变量。
依赖倒转原则
✓ 类的职责主要包括两个方面：数据职责和行为职责，数据职责通过 其属性来体现，而行为职责通过其方法来体现。
✓ 单一职责原则是实现高内聚、低耦合的指导方针，在很多代码重构 手法中都能找到它的存在，它是最简单但又最难运用的原则，需要 设计人员发现类的不同职责并将其分离，而发现类的多重职责需要 设计人员具有较强的分析设计能力和相关重构经验。
Princ✓ipl常e）用的面向对象设计原即在则不包修括改7一个个，实这体些的原基则础上并去不扩是展孤其立功存能在的，它们相
里氏代换互原则依L赖SP，(L相is互kov补充。 在软件系统中，一个可以接受基类对象的地方
Substitution rinciple) 必然可以接受一个子类对象
★★★★☆
பைடு நூலகம்
依赖倒转原则DIP(Dependency 要针对抽象层编程，而不要针对具体类编程 Inversion Principle)
拒绝不成熟的抽象
开闭原则
开闭原则实例
✓ 实例说明
• 某图形界面系统提供了各种不同形状的按钮，客户端代码可针对这些 按钮进行编程，用户可能会改变需求要求使用不同的按钮，原始设计 方案如图所示：
LoginForm - button : CircleButton + display () : void
里氏代换原则分析
✓ 里氏代换原则是实现开闭原则的重要方式之一。 ✓ 由于使用基类对象的地方都可以使用子类对象，因此在
程序中尽量使用基类类型 来对对象进行定义。 ✓ 而在运行时再确定其子类类型，用子类对象 来替换父类
对象。
子类可替换性，使得使用父类的 模块，不修改实现扩展。 （引用不同的子类对象）
依赖倒转原则
单一职责原则
单一职责原则实例
✓ 实例说明
• 某基于Java的C/S系统的“登录功能”通过如下登录类(Login)实现：
• 现使用单一职责原则对其进行重构。
单一职责原则
单一职责原则实例
✓ 实例解析
开闭原则
开闭原则定义
✓ 变化是绝对的，但应通过扩展，而不是修改现有代码来 实现
✓ 开闭原则(Open-Closed Principle, OCP)定义如下：
✓ 实例解析
很多软件设计模式，就 是为了更好的体现（实 现）开闭原则。
依赖倒转原则
依赖倒转原则定义
✓ 依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle, DIP)的定义 如下：
• 高层模块不应该依赖低层模块，它们都应该依赖抽象。 • 抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。
✓ 其英文定义为：
• High level modules should not depend upon low level modules, both should depend upon abstractions. Abstractions should not depend upon details, details should depend upon abstractions.
LoginForm - button : RectangleButton + display () : void
变化
CircleButton + view () : void
RectangleButton + view () : void
• 现对该系统进行重构，使之满足开闭原则的要求。
开闭原则
开闭原则实例
依赖倒转原则实例
✓ 实例说明
• 某系统提供一个数据转换模块，可以将来自不同数据源的数据转换成 多种格式，如可以转换来自数据库的数据(DatabaseSource)、也可以 转换来自文本文件的数据(TextSource)，转换后的格式可以是XML文 件(XMLTransformer)、也可以是XLS文件(XLSTransformer)等。
✓ 实例解析
设计模式的诞生与发展
模式的诞生与定义
✓ 模式起源于建筑业而非软件业 ✓ 模式(Pattern)之父——美国加利佛尼亚大学环境结构中心研究所
所长Christopher Alexander博士 ✓ 《A Pattern Language: Towns, Buildings, Construction》—
✓ 另一种表述为：
• 要针对接口编程，不要针对实现编程。
✓ 其英文定义为：
• Program to an interface, not an implementation.
依赖倒转原则
依赖倒转原则分析
✓ 简单来说，依赖倒转原则就是指：代码要依赖于抽象的 类，而不要依赖于具体的类；要针对接口或抽象类编程， 而不是针对具体类编程。
里氏代换原则
✓ 依赖倒转原则要求客户端依赖于抽象耦合，以抽象方 式耦合是依赖倒转原则的关键。
里氏代换原则
里氏代换原则定义
只有子类可替换掉父类， 父类才可真正被复用
✓ 更容易理解的定义方式：
• 所有引用 基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象。
• 或者：把所有的父类，全部替换为子类，则软件行为没有变化
软件设计模式与体系结构
设计原则名称
设计原则简介
重要性
面向对象设计原则概述 单一职责原则SRP
类的职责要单一，不能将太多的职责放在一个 ★★★★☆
(Single Responsibility
类中
P面rin向cipl对e) 象设计原则简介
开闭原则OCP(Open-Closed
软件实体对扩展是开放的，但对修改是关闭的， ★★★★★
一个软件实体对其他实体的引用越少越好，或 者说如果两个类不必彼此直接通信，那么这两 个类就不应当发生直接的相互作用，而是通过 引入一个第三者发生间接交互
★★★☆☆
单一职责原则
单一职责原则定义
✓ 单一职责原则(Single Responsibility Principle, SRP)定义如下： • 一个对象应该只包含单一的职责，并且该职责被完整地封装在一个类 中。
✓ A pattern is a solution to a problem in a context ✓ 模式是在特定环境中解决问题的一种方案
设计模式的诞生与发展
软件模式
✓ 1990年，软件工程界开始关注Christopher Alexander等 在这一住宅、公共建筑与城市规划领域的重大突破，最早将 该模式的思想引入软件工程方法学的是1991-1992年以“四 人组(Gang of Four，GoF，分别是Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson和John Vlissides)”自称 的四位著名软件工程学者，他们在1994年归纳发表了23种 在软件开发中使用频率较高的设计模式，旨在用模式来统一 沟通面向对象方法在分析、设计和实现间的鸿沟。
设计模式的诞生与发展
软件模式
✓ 软件模式是将模式的一般概念应用于软件开发领域，即软件开发的 总体指导思路或参照样板。软件模式并非仅限于设计模式，还包括 架构模式、分析模式和过程模式等，实际上，在软件生存期的每一 个阶段都存在着一些被认同的模式。
✓ 软件模式可以认为是对软件开发这一特定“问题”的“解法”的某 种统一表示，它和Alexander所描述的模式定义完全相同，即软件 模式等于一定条件下的出现的问题以及解法。软件模式的基础结构 由4个部分构成：问题描述、前提条件（环境或约束条件）、解法 和效果。
开闭原则
开闭原则分析
✓ 开闭原则由Bertrand Meyer于1988年提出，它是面向 对象设计中最重要的原则之一。
✓ 在开闭原则的定义中，软件实体可以指一个软件模块、 一个由多个类组成的局部结构或一个独立的类。
开闭原则
需求不断变化，使系统 在不断变化中保持稳定， 多扩展，少修改。
开闭原则分析
依赖倒转原则
依赖倒转原则实例
✓ 实例说明
• 由于需求的变化，该系统可能需要增加新的数据源或者 新的文件格式，每增加一个新的类型的数据源或者新的 类型的文件格式，客户类MainClass都需要修改源代码， 以便使用新的类，但违背了开闭原则。现使用依赖倒转 原则对其进行重构。
依赖倒转原则
依赖倒转原则实例
✓ 另一种定义方式如下： • 就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因。
利用抽象，隔离变化。
✓抽象化是 开闭原则 的关键。
✓ 开闭原则还可以通过一个更加具体的“对可变性封 装原则”来描述，对可变性封装原则(Principle of Encapsulation of Variation, EVP)要求找到系统 的可变因素并将其封装起来。
面向对象的核心
将频繁变化的部分 抽象
★★★★★
接口隔离原则ISP (Interface Segregation
Principle)
使用多个专门的接口来取代一个统一的接口
★★☆☆☆
合成复用原则CRP(Composite 在系统中应该尽量多使用组合和聚合关联关系， ★★★★☆
Reuse Principle)
尽量少使用甚至不使用继承关系
迪米特法则LoD (Law of Demeter)
✓ 其英文定义为：
• Functions that use pointers or references to base classes must be able to use objects of derived classes without knowing it.
依赖倒置原则的根本
里氏代换原则
✓ 实现开闭原则的关键是抽象化，并且从抽象化导出具体 化实现，如果说开闭原则是面向对象设计的目标的话， 那么依赖倒转原则就是面向对象设计的主要手段。
所有依赖关系，均应终止于抽象类或者接口
依赖倒转原则
依赖倒转原则分析（如何实现依赖倒转？）
✓ 类之间的耦合
• 零耦合关系
• 具体耦合关系 • 抽象耦合关系
设计模式的定义与分类
设计模式的定义
✓ 设计模式(Design Pattern)是一套被反复使用、多数人 知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结，使用 设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、 保证代码可靠性。
设计模式的定义与分类
设计模式的基本要素
✓ 设计模式一般有如下几个基本要素：模式名称、问题、 目的、解决方案、效果、实例代码和相关设计模式，其 中的关键元素包括以下四个方面：
—253个建筑和城市规划模式 ✓ 模式
• Context（模式可适用的前提条件） • Theme或Problem（在特定条件下要解决的目标问题） • Solution（对目标问题求解过程中各种物理关系的记述）
设计模式的诞生与发展
模式的诞生与定义
✓ Alexander给出了关于模式的经典定义：每个模式都描 述了一个在我们的环境中不断出现的问题，然后描述了 该问题的解决方案的核心，通过这种方式，我们可以无 数次地重用那些已有的解决方案，无需再重复相同的工 作。
✓ 其英文定义为： • There should never be more than one reason for a class to change.
单一职责原则
单一职责原则分析
✓ 一个类（或者大到模块，小到方法）承担的职责越多，它被复用的 可能性越小，而且如果一个类承担的职责过多，就相当于将这些职 责耦合在一起，当其中一个职责变化时，可能会影响其他职责的运 作。
• 一个软件实体应当对 扩展 开放，对 修改 关闭。也就是说在设
计一个模块的时候，应当使这个模块可以在不被修改的前提下 被扩展，即实现在不修改源代码的情况下改变这个模块的行为。
✓ 其英文定义为：
• Software entities should be open for extension, but closed for modification.
依赖倒转原则分析
✓ 依赖注入 • 构造注入(Constructor Injection)：通过构造函数注 入实例变量。 • 设值注入(Setter Injection)：通过Setter方法注入实 例变量。 • 接口注入(Interface Injection)：通过接口方法注入 实例变量。
依赖倒转原则
✓ 类的职责主要包括两个方面：数据职责和行为职责，数据职责通过 其属性来体现，而行为职责通过其方法来体现。
✓ 单一职责原则是实现高内聚、低耦合的指导方针，在很多代码重构 手法中都能找到它的存在，它是最简单但又最难运用的原则，需要 设计人员发现类的不同职责并将其分离，而发现类的多重职责需要 设计人员具有较强的分析设计能力和相关重构经验。
Princ✓ipl常e）用的面向对象设计原即在则不包修括改7一个个，实这体些的原基则础上并去不扩是展孤其立功存能在的，它们相
里氏代换互原则依L赖SP，(L相is互kov补充。 在软件系统中，一个可以接受基类对象的地方
Substitution rinciple) 必然可以接受一个子类对象
★★★★☆
பைடு நூலகம்
依赖倒转原则DIP(Dependency 要针对抽象层编程，而不要针对具体类编程 Inversion Principle)
拒绝不成熟的抽象
开闭原则
开闭原则实例
✓ 实例说明
• 某图形界面系统提供了各种不同形状的按钮，客户端代码可针对这些 按钮进行编程，用户可能会改变需求要求使用不同的按钮，原始设计 方案如图所示：
LoginForm - button : CircleButton + display () : void
里氏代换原则分析
✓ 里氏代换原则是实现开闭原则的重要方式之一。 ✓ 由于使用基类对象的地方都可以使用子类对象，因此在
程序中尽量使用基类类型 来对对象进行定义。 ✓ 而在运行时再确定其子类类型，用子类对象 来替换父类
对象。
子类可替换性，使得使用父类的 模块，不修改实现扩展。 （引用不同的子类对象）
依赖倒转原则
单一职责原则
单一职责原则实例
✓ 实例说明
• 某基于Java的C/S系统的“登录功能”通过如下登录类(Login)实现：
• 现使用单一职责原则对其进行重构。
单一职责原则
单一职责原则实例
✓ 实例解析
开闭原则
开闭原则定义
✓ 变化是绝对的，但应通过扩展，而不是修改现有代码来 实现
✓ 开闭原则(Open-Closed Principle, OCP)定义如下：
✓ 实例解析
很多软件设计模式，就 是为了更好的体现（实 现）开闭原则。
依赖倒转原则
依赖倒转原则定义
✓ 依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle, DIP)的定义 如下：
• 高层模块不应该依赖低层模块，它们都应该依赖抽象。 • 抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。
✓ 其英文定义为：
• High level modules should not depend upon low level modules, both should depend upon abstractions. Abstractions should not depend upon details, details should depend upon abstractions.
LoginForm - button : RectangleButton + display () : void
变化
CircleButton + view () : void
RectangleButton + view () : void
• 现对该系统进行重构，使之满足开闭原则的要求。
开闭原则
开闭原则实例
依赖倒转原则实例
✓ 实例说明
• 某系统提供一个数据转换模块，可以将来自不同数据源的数据转换成 多种格式，如可以转换来自数据库的数据(DatabaseSource)、也可以 转换来自文本文件的数据(TextSource)，转换后的格式可以是XML文 件(XMLTransformer)、也可以是XLS文件(XLSTransformer)等。
✓ 实例解析
设计模式的诞生与发展
模式的诞生与定义
✓ 模式起源于建筑业而非软件业 ✓ 模式(Pattern)之父——美国加利佛尼亚大学环境结构中心研究所
所长Christopher Alexander博士 ✓ 《A Pattern Language: Towns, Buildings, Construction》—
✓ 另一种表述为：
• 要针对接口编程，不要针对实现编程。
✓ 其英文定义为：
• Program to an interface, not an implementation.
依赖倒转原则
依赖倒转原则分析
✓ 简单来说，依赖倒转原则就是指：代码要依赖于抽象的 类，而不要依赖于具体的类；要针对接口或抽象类编程， 而不是针对具体类编程。
里氏代换原则
✓ 依赖倒转原则要求客户端依赖于抽象耦合，以抽象方 式耦合是依赖倒转原则的关键。
里氏代换原则
里氏代换原则定义
只有子类可替换掉父类， 父类才可真正被复用
✓ 更容易理解的定义方式：
• 所有引用 基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象。
• 或者：把所有的父类，全部替换为子类，则软件行为没有变化
软件设计模式与体系结构
设计原则名称
设计原则简介
重要性
面向对象设计原则概述 单一职责原则SRP
类的职责要单一，不能将太多的职责放在一个 ★★★★☆
(Single Responsibility
类中
P面rin向cipl对e) 象设计原则简介
开闭原则OCP(Open-Closed
软件实体对扩展是开放的，但对修改是关闭的， ★★★★★
一个软件实体对其他实体的引用越少越好，或 者说如果两个类不必彼此直接通信，那么这两 个类就不应当发生直接的相互作用，而是通过 引入一个第三者发生间接交互
★★★☆☆
单一职责原则
单一职责原则定义
✓ 单一职责原则(Single Responsibility Principle, SRP)定义如下： • 一个对象应该只包含单一的职责，并且该职责被完整地封装在一个类 中。
✓ A pattern is a solution to a problem in a context ✓ 模式是在特定环境中解决问题的一种方案
设计模式的诞生与发展
软件模式
✓ 1990年，软件工程界开始关注Christopher Alexander等 在这一住宅、公共建筑与城市规划领域的重大突破，最早将 该模式的思想引入软件工程方法学的是1991-1992年以“四 人组(Gang of Four，GoF，分别是Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson和John Vlissides)”自称 的四位著名软件工程学者，他们在1994年归纳发表了23种 在软件开发中使用频率较高的设计模式，旨在用模式来统一 沟通面向对象方法在分析、设计和实现间的鸿沟。
设计模式的诞生与发展
软件模式
✓ 软件模式是将模式的一般概念应用于软件开发领域，即软件开发的 总体指导思路或参照样板。软件模式并非仅限于设计模式，还包括 架构模式、分析模式和过程模式等，实际上，在软件生存期的每一 个阶段都存在着一些被认同的模式。
✓ 软件模式可以认为是对软件开发这一特定“问题”的“解法”的某 种统一表示，它和Alexander所描述的模式定义完全相同，即软件 模式等于一定条件下的出现的问题以及解法。软件模式的基础结构 由4个部分构成：问题描述、前提条件（环境或约束条件）、解法 和效果。
开闭原则
开闭原则分析
✓ 开闭原则由Bertrand Meyer于1988年提出，它是面向 对象设计中最重要的原则之一。
✓ 在开闭原则的定义中，软件实体可以指一个软件模块、 一个由多个类组成的局部结构或一个独立的类。
开闭原则
需求不断变化，使系统 在不断变化中保持稳定， 多扩展，少修改。
开闭原则分析
依赖倒转原则
依赖倒转原则实例
✓ 实例说明
• 由于需求的变化，该系统可能需要增加新的数据源或者 新的文件格式，每增加一个新的类型的数据源或者新的 类型的文件格式，客户类MainClass都需要修改源代码， 以便使用新的类，但违背了开闭原则。现使用依赖倒转 原则对其进行重构。
依赖倒转原则
依赖倒转原则实例