面向对象三个基本特征

面向对象的三个基本特征是：封装、继承、多态

  • 封装

封装是面向对象的特征之一，是对象和类概念的主要特性。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者对象操作，对不可信的进行信息隐藏。

  • 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称为“子类”或“派生类”，被继承的类称为“基类”、“父类”或“超类”。

要实现继承，可以通过“继承”（Inheritance）和“组合”（Composition）来实现。

  • 多态性

多态性（polymorphisn）是允许将父对象设置成为和一个或更多的他的子对象相等的技术，赋值之后，父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作。简单的说：允许将子类类型的指针赋值给父类类型的指针。

实现多态，有两种方式，覆盖和重载。覆盖和重载的区别在于，覆盖在运行时决定，即运行时多态,重载是在编译时决定,即编译时多态。
并且覆盖和重载的机制不同，例如在 Java 中，重载方法的签名必须不同于原先方法的，但对于覆盖签名必须相同。

面向对象类关系

类与类之间主要有6种关系模式，这六种模板写法导致了平时书写代码的不同耦合度。具体如下所列（耦合度依次增强排列）：

  1. 依赖关系
    一般而言，依赖关系在Java语言中体现为局域变量、方法的形参，或者对静态方法的调用。
  2. 关联关系
    使一个类知道另一个类的属性和方法。关联可以是双向的，也可以是单向的。在Java语言中，关联关系一般使用成员变量来实现。
  3. 聚合关系
    聚合是关联关系的一种，是强的关联关系，聚合是整体和个体之间的关系。与关联关系一样，聚合关系也是通过实例变量实现的，但是关联关系所涉及的两个类是处在同一层次上的，而在聚合关系中，两个类是处在不平等层次上的，一个代表整体，另一个代表部分。
  4. 组合关系
    组合是关联关系的一种，是比聚合关系强的关系。它要求普通的聚合关系中代表整体的对象负责代表部分对象的生命周期，组合关系是不能共享的。代表整体的对象需要负责保持部分对象和存活，在一些情况下将负责代表部分的对象湮灭掉。代表整体的对象可以将代表部分的对象传递给另一个对象，由后者负责此对象的生命周期。换言之，代表部分的对象在每一个时刻只能与一个对象发生组合关系，由后者排他地负责生命周期。部分和整体的生命周期一样。
  5. 继承关系
    继承表示类与类（或者接口与接口）之间的父子关系。
  6. 实现关系
    接口定义好操作的集合，由实现类去完成接口的具体操作。

面向对象的基本原则

1. 单一职责原则

单一职责原则的英文名称是 Single Responsibility Principle，简称是 SPR，简单地说就是一个类只做一件事，这个设计原则备受争议却又极其重要。
很多时候都是需要个人经验来界定。当然，最大的问题就是对职责的定义，什么是类的职责，以及怎么划分类的职责。

单一职责原则是实现高内聚、低耦合的指导方针，它是最简单但又最难运用的原则。
每一个职责都是变化的一个轴线，如果一个类有一个以上的职责，这些职责就耦合在了一起。这会导致脆弱的设计。当一个职责发生变化时，可能会影响其它的职责。另外，多个职责耦合在一起，会影响复用性。

单一职责所表达出的用意就是“单一”二字.如何划分一个类、一个函数的职责，每个人都有自己的看法，这需要根据个人经验、具体的业务逻辑而定。但是，它也有一些基本的指导原则，例如，两个完全不一样的功能就不应该放在一个类中。一个类中应该是一组相关性很高的函数、数据的封装。工程师可以不断地审视自己的代码，根据具体的业务、功能对类进行相应的拆分，我想这会是你优化代码迈出的第一步。

2. 开闭原则

开闭原则的英文全称是Open Close Principle，简称OCP.一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。即软件实体应尽量在不修改原有代码的情况下进行扩展。当软件需要变化时，我们应该尽量通过扩展的方式来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现。

为了满足开闭原则，需要对系统进行抽象化设计，抽象化是开闭原则的关键。在Java、C#等编程语言中，可以为系统定义一个相对稳定的抽象层，而将不同的实现行为移至具体的实现层中完成。在很多面向对象编程语言中都提供了接口、抽象类等机制，可以通过它们定义系统的抽象层，再通过具体类来进行扩展。如果需要修改系统的行为，无须对抽象层进行任何改动，只需要增加新的具体类来实现新的业务功能即可，实现在不修改已有代码的基础上扩展系统的功能，达到开闭原则的要求。

开闭原则指导我们，当软件需要变化时，应该尽量通过扩展的方式来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现。这里的“应该尽量”4个字说明OCP原则并不是说绝对不可以修改原始类的，当我们嗅到原来的代码“腐化气味”时，应该尽早地重构，以使得代码恢复到正常的“进化”轨道，而不是通过继承等方式添加新的实现，这会导致类型的膨胀以及历史遗留代码的冗余。我们的开发过程中也没有那么理想化的状况，完全地不用修改原来的代码，因此，在开发过程中需要自己结合具体情况进行考量，是通过修改旧代码还是通过继承使得软件系统更稳定、更灵活，在保证去除“代码腐化”的同时，也保证原有模块的正确性。

3. 里氏代换原则

里氏替换原则英文全称是Liskov Substitution Principle，简称LSP.面向对象的语言的三大特点是继承、封装、多态，里氏替换原则就是依赖于继承、多态这两大特性。里氏替换原则简单来说就是所有引用基类、接口的地方必须能透明地使用其子类的对象。通俗点讲，只要父类能出现的地方子类就可以出现，而且替换为子类也不会产生任何报错或者异常，使用者可能根本就不需要知道是子类还是父类。但是，反过来就不行了，有子类出现的地方，父类未必就能使用。

在使用里氏代换原则时需要注意如下几个问题：

  1. 子类的所有方法必须在父类中声明，或子类必须实现父类中声明的所有方法。根据里氏代换原则，为了保证系统的扩展性，在程序中通常使用父类来进行定义，如果一个方法只存在子类中，在父类中不提供相应的声明，则无法在以父类定义的对象中使用该方法。
  2. 我们在运用里氏代换原则时，尽量把父类设计为抽象类或者接口，让子类继承父类或实现父接口，并实现在父类中声明的方法，运行时，子类实例替换父类实例，我们可以很方便地扩展系统的功能，同时无须修改原有子类的代码，增加新的功能可以通过增加一个新的子类来实现。里氏代换原则是开闭原则的具体实现手段之一。
  3. Java语言中，在编译阶段，Java编译器会检查一个程序是否符合里氏代换原则，这是一个与实现无关的、纯语法意义上的检查，但Java编译器的检查是有局限的。

里氏替换原则的核心原理是抽象，抽象又依赖于继承这个特性，在OOP当中，继承的优缺点都相当明显。

  • 继承的优点如下：
    （1）代码重用，减少创建类的成本，每个子类都拥有父类的方法和属性；
    （2）子类与父类基本相似，但又与父类有所区别；
    （3）提高代码的可扩展性。

  • 继承的缺点如下：
    （1）继承是侵入性的，只要继承就必须拥有父类的所有属性和方法；
    （2）可能造成子类代码冗余、灵活性降低，因为子类必须拥有父类的属性和方法。

4. 接口隔离原则

接口隔离原则英文全称是InterfaceSegregation Principles，简称ISP.使用多个专门的接口，而不使用单一的总接口，即客户端不应该依赖那些它不需要的接口。另一种定义是：类间的依赖关系应该建立在最小的接口上。接口隔离原则将非常庞大、臃肿的接口拆分成为更小的和更具体的接口，这样客户将会只需要知道他们感兴趣的方法。接口隔离原则的目的是系统解开耦合，从而容易重构、更改和重新部署。

这里的“接口”往往有两种不同的含义：
一种是指一个类型所具有的方法特征的集合，仅仅是一种逻辑上的抽象；
另外一种是指某种语言具体的“接口”定义，有严格的定义和结构，比如Java语言中的interface。
对于这两种不同的含义，ISP的表达方式以及含义都有所不同：

当把“接口”理解成一个类型所提供的所有方法特征的集合的时候，这就是一种逻辑上的概念，接口的划分将直接带来类型的划分。可以把接口理解成角色，一个接口只能代表一个角色，每个角色都有它特定的一个接口，此时，这个原则可以叫做“角色隔离原则”。

如果把“接口”理解成狭义的特定语言的接口，那么ISP表达的意思是指接口仅仅提供客户端需要的行为，客户端不需要的行为则隐藏起来，应当为客户端提供尽可能小的单独的接口，而不要提供大的总接口。在面向对象编程语言中，实现一个接口就需要实现该接口中定义的所有方法，因此大的总接口使用起来不一定很方便，为了使接口的职责单一，需要将大接口中的方法根据其职责不同分别放在不同的小接口中，以确保每个接口使用起来都较为方便，并都承担某一单一角色。接口应该尽量细化，同时接口中的方法应该尽量少，每个接口中只包含一个客户端（如子模块或业务逻辑类）所需的方法即可，这种机制也称为“定制服务”，即为不同的客户端提供宽窄不同的接口。

5. 迪米特法则

迪米特原则英文全称为Law of Demeter，简称LOD，也称为最少知识原则（Least Knowledge Principle）.一个软件实体应当尽可能少地与其他实体发生相互作用.通俗地讲，一个类应该对自己需要耦合或调用的类知道得最少，类的内部如何实现、如何复杂都与调用者或者依赖者没关系，调用者或者依赖者只需要知道他需要的方法即可，其他的我一概不关心。类与类之间的关系越密切，耦合度越大，当一个类发生改变时，对另一个类的影响也越大。

迪米特原则还有一个英文解释是：Only talk to your immedate friends（只与直接的朋友通信）。什么叫做直接的朋友呢？每个对象都必然会与其他对象有耦合关系，两个对象之间的耦合就成为朋友关系，这种关系的类型有很多例如组合、聚合、依赖等。

如果一个系统符合迪米特法则，那么当其中某一个模块发生修改时，就会尽量少地影响其他模块，扩展会相对容易，这是对软件实体之间通信的限制，迪米特法则要求限制软件实体之间通信的宽度和深度。迪米特法则可降低系统的耦合度，使类与类之间保持松散的耦合关系。
迪米特法则还有几种定义形式，包括：不要和“陌生人”说话、只与你的直接朋友通信等，在迪米特法则中，对于一个对象，其朋友包括以下几类：
(1) 当前对象本身(this)；
(2) 以参数形式传入到当前对象方法中的对象；
(3) 当前对象的成员对象；
(4) 如果当前对象的成员对象是一个集合，那么集合中的元素也都是朋友；
(5) 当前对象所创建的对象。
任何一个对象，如果满足上面的条件之一，就是当前对象的“朋友”，否则就是“陌生人”。在应用迪米特法则时，一个对象只能与直接朋友发生交互，不要与“陌生人”发生直接交互，这样做可以降低系统的耦合度，一个对象的改变不会给太多其他对象带来影响。

迪米特法则要求我们在设计系统时，应该尽量减少对象之间的交互，如果两个对象之间不必彼此直接通信，那么这两个对象就不应当发生任何直接的相互作用，如果其中的一个对象需要调用另一个对象的某一个方法的话，可以通过第三者转发这个调用。简言之，就是通过引入一个合理的第三者来降低现有对象之间的耦合度。

在将迪米特法则运用到系统设计中时，要注意下面的几点：在类的划分上，应当尽量创建松耦合的类，类之间的耦合度越低，就越有利于复用，一个处在松耦合中的类一旦被修改，不会对关联的类造成太大波及；在类的结构设计上，每一个类都应当尽量降低其成员变量和成员函数的访问权限；在类的设计上，只要有可能，一个类型应当设计成不变类；在对其他类的引用上，一个对象对其他对象的引用应当降到最低。

依赖倒置原则

具体依赖抽象，上层依赖下层。假设B是较A低的模块，但B需要使用到A的功能，这个时候，B不应当直接使用A中的具体类；而应当由B定义一抽象接口，并由A来实现这个抽象接口，B只使用这个抽象接口；这样就达到了依赖倒置的目的，B也解除了对A的依赖，反过来是A依赖于B定义的抽象接口。通过上层模块难以避免依赖下层模块，假如B也直接依赖A的实现，那么就可能造成循环依赖。

赖倒置原则的几个关键点如下。

  • 高层模块不应该依赖底层模块，两者都应该依赖其抽象。
  • 抽象不应该依赖细节。
  • 细节应该依赖抽象。

采用依赖倒置原则可以减少类之间的耦合性，提高系统的稳定性，降低并行开发引起的风险，提高代码的可读性和可维护性。

7. 合成复用原则

尽量使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的。

合成复用原则就是在一个新的对象里通过关联关系（包括组合关系和聚合关系）来使用一些已有的对象，使之成为新对象的一部分；新对象通过委派调用已有对象的方法达到复用功能的目的。简言之：复用时要尽量使用组合/聚合关系（关联关系），少用继承。

在面向对象设计中，可以通过两种方法在不同的环境中复用已有的设计和实现，即通过组合/聚合关系或通过继承，但首先应该考虑使用组合/聚合，组合/聚合可以使系统更加灵活，降低类与类之间的耦合度，一个类的变化对其他类造成的影响相对较少；其次才考虑继承，在使用继承时，需要严格遵循里氏代换原则，有效使用继承会有助于对问题的理解，降低复杂度，而滥用继承反而会增加系统构建和维护的难度以及系统的复杂度，因此需要慎重使用继承复用。

通过继承来进行复用的主要问题在于继承复用会破坏系统的封装性，因为继承会将基类的实现细节暴露给子类，由于基类的内部细节通常对子类来说是可见的，所以这种复用又称“白箱”复用，如果基类发生改变，那么子类的实现也不得不发生改变；从基类继承而来的实现是静态的，不可能在运行时发生改变，没有足够的灵活性；而且继承只能在有限的环境中使用（如类没有声明为不能被继承）

由于组合或聚合关系可以将已有的对象（也可称为成员对象）纳入到新对象中，使之成为新对象的一部分，因此新对象可以调用已有对象的功能，这样做可以使得成员对象的内部实现细节对于新对象不可见，所以这种复用又称为“黑箱”复用，相对继承关系而言，其耦合度相对较低，成员对象的变化对新对象的影响不大，可以在新对象中根据实际需要有选择性地调用成员对象的操作；合成复用可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成员对象类型相同的其他对象。

一般而言，如果两个类之间是“Has-A”的关系应使用组合或聚合，如果是“Is-A”关系可使用继承。”Is-A”是严格的分类学意义上的定义，意思是一个类是另一个类的”一种”；而”Has-A”则不同，它表示某一个角色具有某一项责任。

写在最后的话

设计模式的四大要素中就明确指出，模式的运用应该根据软件系统所面临的问题来决定是否需要使用现有的设计。也就是说，再出现问题或者你预计会出现那样的问题时，才推荐使用特定的设计模式，而不是将各种设计模式套进你的软件中。

不管在设计、实现、测试之间有多少时间都应该避免过度设计，它会打破你的反馈回路，使你的设计得不到反馈，从而慢慢陷入危险中。所以你只需要保持简单的设计，这样就有时间来测试该设计是否真的可行，然后作出最后的决策。

参考