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    面向对象的三大基本特征和五大基本原则

    本文根据toBeTopJavaer和《码出高效》补充学习Java

    面向对象的三大基本特征

    传统意义上,面向对象有三大特性:封装、继承、多态。在《码出高效》中,将“抽象”也作为面向对象的特性之一,支持“四大特征”的说法。手册解释道:

    抽象是程序员的核心素养之一,体现出程序员对业务的建模能力,以及对架构的宏观掌控力。虽然面向过程也需要进行一定的抽象能力,但是相对来说,面向对象思维,以对象模型为核心,丰富模型的内涵,扩展模型的外延,通过模型的行为组合去共同解决某一类问题,抽象能力显得尤为重要。

    封装

    所谓封装,也就是把客观事物封装成抽象的类,并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或对象操作,对不可信的进行信息隐藏。封装是面向对象的特征之一,是对象和类概念的主要特性。简单地说,一个类就是一个封装了数据以及操作这些数据的代码的逻辑实体。在一个对象内部,某些代码或某些数据可以是私有的,不能被外界访问。通过这种方式,对象对内部数据提供了不同级别的保护,以防止程序中无关的部分意外的改变或错误的使用了对象的私有部分。

    继承

    继承是指这样一种能力:它可以使用现有类的所有功能,并在无需重新编写原来的类的情况下对这些功能进行扩展。通过继承创建的新类被称为“子类”或“派生类”,被继承的类被称为“基类”、“父类”或“超类”。继承的过程,就是从一般到特殊的过程。要实现继承,可以通过“继承”和“组合”来实现。继承概念的实现方式有两类:实现继承和接口继承。实现继承是指直接使用基类的属性和方法而无需额外的编码能力;接口继承是指仅使用属性和方法的名称,但是子类必须提供实现的能力。

    多态

    所谓多态就是指一个类实例的相同方法在不同情形下有不同的表现形式。多态机制使具有不同内部结构的对象可以共享相同的外部接口。这意味着,虽然针对不同对象的具体操作不同,但通过一个公共的类,它们(那些操作)可以通过相同的方式予以调用。

    最常见的多态就是将子类传入父类参数中,运行时调用父类方法时通过传入的子类决定具体的内部结构或行为。

    抽象

    抽象是面向对象思想最基础的能力之一,正确而严谨的业务抽象和建模分析能力是后续的封装、继承、多态的基础,是软件大厦的及时。在面向对象思维中,抽象分为归纳和演绎。前者是从具体到本质,从个性到共性,将一类对象的共同特征进行归一化的逻辑思维过程;后者是从本质到具体,从共性到个性,逐步形象化的过程。在归纳的过程中,需要抽象出对象的属性和行为的共性,难度大于演绎。演绎是在已有问题解决方案的基础上,正确地找到合适的使用场景。演绎错误在使用集合时比较常见,比如针对查多改少的业务场景,使用链表是非常不合理的;底层框架技术选型时如果偶错误,则可能导致技术架构完全不适应业务的快速发展。

    面向对象的五大基本原则

    以上即是面向对象的三大基本特征。接下来我们讲五大原则:

    单一职责原则

    其核心思想为:一个类,最好只做一件事,只有一个引起它的变化。单一职责原则可以看作是低耦合、高内聚在面向对象原则上的引申,将职责定义为引起变化的原因,以提高内聚性来减少引起变化的原因。职责过多,可能引起它变化的原因就越多这将导致职责依赖,相互之间就产生影响,从而大大损伤其内聚性和耦合度。通常意义下的单一职责,就是指只有一种单一功能,不要为类实现过多的功能点,以保证实体只有一个引起它变化的原因。专注,是一个人优良的品质;同样地,单一也是一个类的优良设计。交杂不清的职责将会使得代码看起来特别别扭,牵一发而动全身,又是美感和必然导致丑陋的系统错误的风险。

    开放封闭原则

    其核心思想是:软件实体应该是可扩展的,而不可修改的。也就是,对扩展开放,对修改是封闭的。开放封闭原则主要体现在两个方面:

    • 对扩展开放。意味着有新的需求或变化时,可以对现有代码进行扩展,以适应新的情况。
    • 对修改封闭。意味着类一旦设计完成,就可以独立完成其工作,而不需要对其进行任何修改。

    实现开放封闭原则的核心思想就是对抽象编程,而不是对具体编程。因为抽象相对稳定。让类依赖于固定的抽象,所以修改就是封闭的;而通过面向对象的继承和多态机制,又可以实现对抽象类的继承,通过覆写其方法来改变固有的行为,实现新的拓展方法,所以就是开放的。“需求总是变化”,没有不变的软件,所以就需要用等比开放原则来封闭变化满足需求,同时还能保持软件内部的封装体系稳定,不被需求的变化影响。

    Liskov替换原则

    里氏替换原则的核心思想是:子类必须能够替换其基类。这一思想体现为对继承机制的约束规范,只有子类能够替换基类时,才能保证系统在运行期内识别子类,这是保证继承复用的基础。在父类和子类的具体行为中,必须严格把握继承层次中的关系和特征,将基类替换为子类,程序的行为不会发生任何变化。同时,这一约束反过来则是不成立的,子类可以替换积累,但是基类不一定能替换子类。里氏替换原则,主要着眼于对抽象和多态建立在继承的基础上,因此只有遵了里氏替换原则,才能保证继承服用是可靠的。实现的方法是面向接口编程:将公共部分抽象为基类接口或抽象类,通过Extract Abstract Class,在子类中通过覆写父类的方法实现新的方式支持同样的职责。里氏替换原则是关于继承机制的设计原则,违反里氏替换原则就必然导致违反开放-封闭原则。里氏替换原则能够保证系统具有良好的拓展性,同时实现基于多态的抽象机制,能够减少代码冗余,避免运行期的类型判别。

    依赖倒置原则

    其核心思想是:依赖于抽象。具体而言就是高层模块不依赖于底层模块,二者都同时依赖于抽象;抽象不依赖于具体,具体依赖于抽象。我们知道,类一定会存在类与类、模块与模块之间。当两个模块之间存在紧密的耦合关系时,最好的方法就是分离接口和实现:在依赖之间定义一个抽象的接口,以此来邮箱控制耦合关系,达到依赖于抽象的设计目标。抽象的稳定性决定了系统的稳定性,因为抽象是不变的,依赖于抽象是一个通用的原则,而某些时候依赖于细节则是在所难免的,必须权衡在抽象和具体之间的取舍,方法不是一成不变的。依赖于抽象,就是对接口编程,不要对实现编程。

    接口隔离原则

    其核心思想是:使用多个小的专门的接口,而不要使用一个大的总接口。具体而言,接口隔离原则体现在:接口应该是内聚的,应该避免“胖”的接口。一个类对另外一个类的依赖应该建立在最小的接口上,不要强迫依赖不用的方法,这是一种接口污染。接口有效地将细节和抽象隔离,体现了对抽象编程的一切好处,接口隔离强调接口的单一性。而“胖”接口存在明显的弊端,会导致实现的类型并非需要所有的接口定义,这在设计上这是浪费,而且在实施上这会带来潜在的问题,对“胖”接口的修改将导致一连串的客户端程序需要修改,有时候这是一种灾难。在这种情况下将“胖”接口分解为多个特点的定制化方法,使得客户端仅仅依赖于它们的实际调用的方法,从而解除了客户端不会依赖于他们不用的方法。分离的手段主要有以下两种:

    • 委托分离。通过增加一个新的类型来委托客户的请求,隔离客户和接口的直接以来,但是会增加系统的开销。
    • 多重继承分离。通过接口多继承来实现客户的需求,这种方法是较好的。

    以上就是五个基本的面向对象设计原则,他们就像面向对象程序设计中的金科玉律,遵守他们可以使我们的代码更加鲜活,易于复用,易于拓展,灵活优雅。不同的设计模式对应不同的需求,而设计原则则代表永恒的灵魂,需要在实践中时时刻刻的遵守。就如ARTHUR J.RIEL在那本《OOD启示录》中所说的:

    你并不必严格遵守这些原则,违背他们也不会被初一宗教刑罚。但是你应当把这些原则看作警铃,若违背了其中一条,那么警铃就会响起

    总结

    • 面向对象三大特征:
      • 封装(Encapsulation)
      • 继承(Inheritance)
      • 多态(Polymorphism)
    • 面向对象五大基本原则:
      • 单一职责原则(Single-Resposibility Principle)
      • 开放封闭原则(Open-Closed principle)
      • Liskov替换原则(Liskov-Substitution Principle)
      • 依赖倒置原则(Dependecy-Inversion Principle)
      • 接口隔离原则(Interface-Segregation Principle)
    • 创建时间: 2019-11-19 10:20:15
    • 修改时间: 2020-02-13 16:42:24
    • 本文作者: Morty.ROY
    • 本文链接: https://www.royians.cn/2019/11.19.ed2b3e4/
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