看老外程序員如何向妻子解釋OOD
自作者從事軟件開發開始，作者常常注意到不管技術問題看起來多復雜，如果從現實生活的角度解釋并以對答的方式討論，那么它將變得更簡單。現在他們把在OOD方面有些富有成效的對話分享出來，你可能會發現那是一種學習OOD很有意思的方式。
下面就是他們的對話：
OOD簡介
Shubho:親愛的，讓我們開始學習OOD吧。你了解面向對象原則嗎?
Farhana:你是說封裝，繼承，多態對嗎?我知道的。
Shubho:好，我希望你已了解如何使用類和對象。今天我們學習OOD。
Farhana:等一下。面向對象原則對面向對象編程(OOP)來說不夠嗎?我的意思是我會定義類，并封裝屬性和方法。我也能根據類的關系定義它們之間的層次。如果是，那么還有什么?
Shubho:問得好。面向對象原則和OOD實際上是兩個不同的方面。讓我給你舉個實際生活中的例子幫你弄明白。
再你小時候你首先學會字母表，對嗎?
Farhana:嗯
Shubho:好。你也學了單詞，并學會如何根據字母表造詞。后來你學會了一些造句的語法。例如時態，介詞，連詞和其他一些讓你能造出語法正確的句子。例如：
"I" (代詞) "want" (動詞) "to" (介詞) "learn" (動詞) "OOD"(名詞)。
看，你按照某些規則組合了單詞，并且你選擇了有某些意義的正確的單詞結束了句子。
Farhana:OK，這意味著什么呢?
Shubho:面向對象原則與這類似。OOP指的是面向對象編程的基本原則和核心思路。在這里，OOP可以比作英語基礎語法，這些語法教你如何用單詞構造有意義且正確的句子，OOP教你在代 碼中構造類，并在類里封裝屬性和方法，同時構造他們之間的層次關系。
Farhana:嗯..我有點感覺了，這里有OOD嗎?
Shubho:馬上就有答案。現在假定你需要就某些主題寫幾篇文章或隨筆。你也希望就幾個你擅長主體寫幾本書。對寫好文章/隨筆或書來說，知道如何造句是不夠的，對嗎?為了使讀者能更輕 松的明白你講的內容，你需要寫更多的內容，學習以更好的方式解釋它。
Farhana:看起來有點意思...繼續。
Shubho:現在，如果你想就某個主題寫一本書，如學習OOD，你知道如何把一個主題分為幾個子主題。你需要為這些題目寫幾章內容，也需要在這些章節中寫前言，簡介，例子和其他段落。 你需要為寫個整體框架，并學習一些很好的寫作技巧以便讀者能更容易明白你要說的內容。這就是整體規劃。
在軟件開發中，OOD是整體思路。在某種程度上，設計軟件時，你的類和代碼需能達到模塊化，可復用，且靈活，這些很不錯的指導原則不用你重新發明創造。確實有些原則你已經在你的類和對象中已經用到了，對嗎?
Farhana:嗯...有個大概的印象了，但需要繼續深入。
Shubho:別擔心，你馬上就會學到。我們繼續討論下去。
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為什么要OOD?
Shubho:這是一個非常重要的問題。當我們能很快地設計一些類，完成開發并發布時，為什么我們需要關心OOD?那樣子還不夠嗎?
Farhana:嗯，我早先并不知道OOD，我一直就是開發并發布項目。那么關鍵是什么?
Shubho:好的，我先給你一句名言：
走在結冰的河邊不會濕鞋，開發需求不變的項目暢通無阻(Walking on water and developing software from a specification are easy if both are frozen)
-Edward V. Berard
Farhana:你的意思是軟件開發說明書會不斷變化?
Shubho:非常正確!軟件開發唯一的真理是“軟件一定會變化”。為什么?
因為你的軟件解決的是現實生活中的業務問題，而現實生活中得業務流程總是在不停的變化。
假設你的軟件在今天工作的很好。但它能靈活的支持“變化”嗎?如果不能，那么你就沒有一個設計敏捷的軟件。
Farhana:好，那么請解釋一下“設計敏捷的軟件”。
Shubho:"一個設計敏捷的軟件能輕松應對變化，能被擴展，并且能被復用。"
并且應用好"面向對象設計"是做到敏捷設計的關鍵。那么，你什么時候能說你在代碼中很好的應用了OOD?
Farhana:這正是我的問題。
Shubho:如果你代碼能做到以下幾點，那么你就正在OOD：
面向對象
復用
能以最小的代價滿足變化
不用改變現有代碼滿足擴展
Farhana：還有?
Shubho:我們并不是孤立的。很多人在這個問題上思考了很多，也花費了很大努力，他們試圖做好OOD，并為OOD指出幾條基本的原則(那些靈感你能用之于你的OOD)。他們最終也確實總結出了一些通用的設計模式(基于基本的原則)。
Farhana:你能說幾個嗎?
Shubho:當然。這里有很多涉及原則，但最基本的是叫做SOLID的5原則(感謝Uncle Bob,偉大OOD導師)。
S = 單一職責原則 Single Responsibility Principle
O = 開放閉合原則 Opened Closed Principle
L = Liscov替換原則 Liscov Substitution Principle
I = 接口隔離原則 Interface Segregation Principle
D = 依賴倒置原則 Dependency Inversion Principle
接下去，我們會仔細探討每一個原則。
單一職責原則
Shubho:我先給你展示一張海報。我們應當謝謝做這張海報的人，它非常有意思。
單一職責原則海報
它說："并不是因為你能，你就應該做"。為什么?因為長遠來看它會帶來很多管理問題。
從面向對象角度解釋為："引起類變化的因素永遠不要多于一個。"
或者說"一個類有且只有一個職責"。
Farhana：能解釋一下嗎?
Shubho:當然，這個原則是說，如果你的類有多于一個原因會導致它變化(或者多于一個職責)，你需要一句它們的職責把這個類拆分為多個類。
Farhana:嗯...這是不是意味著在一個類里不能有多個方法?
Shubho:不。你當然可以在一個類中包含多個方法。問題是，他們都是為了一個目的。如今為什么拆分是重要的?
那是因為：
每個職責是軸向變化的;
如果類包含多個職責，代碼會變得耦合;
Farhana:能給我一個例子嗎?
Shubho:當然，看一下下面的類層次。當然這個例子是從Uncle Bob那里得來，再謝謝他。
違反單一職責原則的類結構圖
這里，Rectangle類做了下面兩件事：
計算矩形面積;
在界面上繪制矩形;
并且，有兩個應用使用了Rectangle類：
計算幾何應用程序用這個類計算面積;
圖形程序用這個類在界面上繪制矩形;
這違反了SRP(單一職責原則);
Farhana:如何違反的?
Shubho:你看，Rectangle類做了兩件事。在一個方法里它計算了面積，在另外一個方法了它返回一個表示矩形的GUI。這會帶來一些有趣的問題：
在計算幾何應用程序中我們必須包含GUI。也就是在開發幾何應用時，我們必須引用GUI庫;
圖形應用中Rectangle類的變化可能導致計算幾何應用變化，編譯和測試，反之亦然;
Farhana:有點意思。那么我猜我們應該依據職責拆分這個類，對嗎?
Shubho:非常對，你猜我們應該做些什么?
Farhana:當然，我試試。下面是我們可能要做的：
拆分職責到兩個不同的類中，如：
Rectangle:這個類應該定義Area()方法;
RectangleUI:這個類應繼承Rectangle類，并定義Draw()方法。
Shubho:非常好。在這里，Rectangle類被計算幾何應用使用，而RectangleUI被圖形應用使用。我們甚至可以分離這些類到兩個獨立的DLL中，那會允許我們在變化時不需要關心另一個就可以實現它。
Farhana:謝謝，我想我明白SRP了。SRP看起來是把事物分離成分子部分，以便于能被復用和集中管理。我們也不能把SRP用到方法級別嗎?我的意思是，我們可以寫一些方法，它們包含做很多事的代碼。這些方法可能違反SRP，對嗎?
Shubho:你理解了。你應當分解你的方法，讓每個方法只做某一項工作。那樣允許你復用方法，并且一旦出現變化，你能購以修改最少的代碼滿足變化。
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開放閉合原則
Shubho:這里是開放閉合原則的海報
開放閉合原則海報
從面向對象設計角度看,它可以這么說:"軟件實體(類,模塊,函數等等)應當對擴展開放，對修改閉合。"
通俗來講，它意味著你應當能在不修改類的前提下擴展一個類的行為。就好像我不需要改變我的身體而可以穿上衣服。
Farhana:有趣。你能夠按照你意愿穿上不同的衣服來改變面貌，而從不用改造身體。你對擴展開放了，對不?
Shubho:是的。在OOD里，對擴展開發意味著類或模塊的行為能夠改變，在需求變化時我們能以新的，不同的方式讓模塊改變，或者在新的應用中滿足需求。
Farhana:并且你的身體對修改是閉合的。我喜歡這個例子。當需要變化時，核心類或模塊的源代碼不應當改動。你能用些例子解釋一下嗎?
Shubho:當然，看下面這個例子。它不支持"開放閉合"原則。
違反開發閉合原則的類結構
你看，客戶端和服務段都耦合在一起。那么，只要出現任何變化，服務端變化了，客戶端一樣需要改變。
Farhana:理解。如果一個瀏覽器以緊耦合的方式按照指定的服務器(比如IIS)實現，那么如果服務器因為某些原因被其他服務器(如Apache)替換了，那么瀏覽器也需要修改或替換。這確實很可怕!
Shubho:對的。下面是正確的設計。
遵循開放閉合原則的類結構
在這個例子中，添加了一個抽象的服務器類，客戶端包含一個抽象類的引用，具體的服務類實現了抽象服務類。那么，因任何原因引起服務實現發生變化時，客戶端都不需要任何改變。
這里抽象服務類對修改是閉合的，實體類的實現對擴展是開放的。
Farhana:我明白了，抽象是關鍵，對嗎?
Shubho:是的，基本上，你抽象的東西是你系統的核心內容，如果你抽象的好，很可能在擴展功能時它不需要任何修改(就像服務是一個抽象概念)。如果在實現里定義了抽象的東西(比如IIS服務器實現的服務)，代碼要盡可能以抽象(服務)為依據。這會允許你擴展抽象事物，定義一個新的實現(如Apache服務器)而不需要修改任何客戶端代碼。
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Liskov's 替換原則
Shubho:"Liskov's替換原則(LSP)"聽起來很難，卻是很有用的基本概念。看下這幅有趣的海報：
Liskov替換原則海報
這個原則意思是："子類型必須能夠替換它們基類型。"
或者換個說法："使用基類引用的函數必須能使用繼承類的對象而不必知道它。"
Farhana:不好意思，聽起來有點困惑。我認為這個OOP的基本原則之一。也就是多態，對嗎?為什么一個面向對象原則需要這么說呢?
Shubho:問的好。這就是你的答案：
在基本的面向對象原則里，"繼承"通常是"is a"的關系。如果"Developer" 是一個"SoftwareProfessional",那么"Developer"類應當繼承"SoftwareProfessional"類。在類設計中"Is a"關系非常重要，但它容易沖昏頭腦，結果使用錯誤的繼承造成錯誤設計。
"Liskov替換原則"正是保證繼承能夠被正確使用的方法。
Farhana:我明白了。有意思。
Shubho:是的，親愛的，確實。我們看個例子：
Liskov替換原則類結構圖
這里，KingFisher類擴展了Bird基類，并繼承了Fly()方法，這看起來沒問題。
現在看下面的例子：
違反Liskov替換原則類結構圖
Ostrich(鴕鳥)是一種鳥(顯然是),并從Bird類繼承。它能飛嗎?不能，這個設計就違反了LSP。
所以，即使在現實中看起來沒問題，在類設計中，Ostrich不應該從Bird類繼承，這里應該從Bird中分離一個不會飛的類，Ostrich應該繼承與它。
Farhana:好，明白了。那么讓我來試著指出為什么LSP這么重要：
如果沒有LSP，類繼承就會混亂;如果子類作為一個參數傳遞給方法，將會出現未知行為;
如果沒有LSP，適用與基類的單元測試將不能成功用于測試子類;
對嗎?
Shubho:非常正確。你能設計對象，使用LSP做為一個檢查工作來測試繼承是否正確。
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接口分離原則
Shubho:今天我們學習"接口分離原則",這是海報：
接口分離原則海報
Farhana:這是什么意思?
Shubho:它的意思是："客戶端不應該被迫依賴于它們不用的接口。"
Farhana:請解釋一下。
Shubho:當然，這是解釋：
假設你想買個電視機，你有兩個選擇。一個有很多開關和按鈕，它們看起來很混亂，且好像對你來說沒必要。另一個只有幾個開關和按鈕，它們很友好，且適合你使用。假定兩個電視機提供同樣的功能，你會選哪一個?
Farhana:當然是只有幾個開關和按鈕的第二個。
Shubho:對，但為什么?
Farhana:因為我不需要那些看起來混亂又對我沒用的開關和按鈕。
Shubho:以便外部能夠知道這些類有哪些可用的功能,客戶端代碼也能根據接口來設計.現在,如果接口太大,包含很多暴露的方法,在外界看來會很混亂.接口包含太多的方法也使其可用性降低,像這種包含了無用方法的"胖接口"會增加類之間的耦合.你通過接口暴露類的功能,對.同樣地,假設你有一些類,
這也引起了其他問題.如果一個類想實現該接口,那么它需要實現所有的方法,盡管有些對它來說可能完全沒用.所以說這么做會在系統中引入不必要的復雜度,降低可維護性或魯棒性.
接口隔離原則確保實現的接口有他們共同的職責,它們是明確的,易理解的,可復用的.
Farhana:你的意思是接口應該僅包含必要的方法,而不該包含其它的.我明白了.
Shubho:非常正確.一起看個例子.
下面是違反接口隔離原則的一個胖接口
注意到IBird接口包含很多鳥類的行為,包括Fly()行為.現在如果一個Bird類(如Ostrich)實現了這個接口，那么它需要實現不必要的Fly()行為(Ostrich不會飛).
Farhana:確實如此。那么這個接口必須拆分了?
Shubho:是的。這個"胖接口"應該拆分未兩個不同的接口，IBird和IFlyingBird,IFlyingBird繼承自IBird.
這里如果一種鳥不會飛(如Ostrich)，那它實現IBird接口。如果一種鳥會飛(如KingFisher)，那么它實現IFlyingBird.
Farhana:所以回頭看包含了很多開關和按鈕的電視機的例子，電視機制造商應該有一個電視機的圖紙，開關和按鈕都在這個方案里。不論任何時候，當他們向制造一種新款電視機時，如果他們想復用這個圖紙，他們將需要在這個方案里添加更多的開關和按鈕。那么他們將沒法復用這個方案，對嗎?
Shubho:對的。
Farhana:如果他們確實需要復用方案，它們應當把電視機的圖紙份為更小部分，以便在任何需要造新款電視機的時候復用這點小部分。
Shubho:你理解了。
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依賴倒置原則
Shubho:這是SOLID原則里最后一個原則。這是海報
它的意思是：高層模塊不應該依賴底層模塊，兩者都應該依賴其抽象
Shubho:考慮一個現實中的例子。你的汽車是由很多如引擎，車輪，空調和其它等部件組成，對嗎?
Farhana:是的
Shubho:好，它們沒有一個是嚴格的構建在一個單一單元里;換句話說，它們都是可插拔的，因此當引擎或車輪出問題時，你可以修理它(而不需要修理其它部件),甚至可以換一個。
在替換時，你僅需要確保引擎或車輪符合汽車的設計(如汽車能使用任何1500CC的引擎或任何18寸的車輪)。
當然，汽車也可能允許你在1500CC引擎的地方安裝一個2000CC的引擎，事實上對某些制造商(如豐田汽車)是一樣的。
現在，如果你的汽車的零部件不具備可插拔性會有什么不同?
Farhana:那會很可怕!因為如果汽車的引擎出故障了，你可能修理整部車或者需要買一個新的。
Shubho:是的，那么該如何做到"可插拔性"呢?
Farhana:這里抽象是關鍵，對嗎?
Shubho:是的，在現實中，汽車是高級模塊或實體，它依賴于低級模塊或實體，如引擎或車輪。
相比直接依賴于引擎或車輪，汽車應依賴于某些抽象的有規格的引擎或車輪，以便于如果任何引擎或車輪符合抽象，那么它們都能組合到汽車中，汽車也能跑動。
一起看下面的類圖
Shubho:注意到上面Car類有兩個屬性，它們都是抽象類型(接口)。引擎和車輪是可插拔的，因為汽車能接受任何實現了聲明接口的對象，并且Car類不需要做任何改動。
Farhana:所以，如果代碼中不用依賴倒置，我們將面臨如下風險：
使用低級類會破環高級代碼;
當低級類變化時需要很多時間和代價來修改高級代碼;
產生低復用的代碼;
Shubho:你完全掌握了，親愛的!
總結
Shubho：除SOLID原則外還有很多其它的面向對象原則。如：
"組合替代繼承":這是說相對于繼承，要更傾向于使用組合;
"笛米特法則"：這是說"你的類對其它類知道的越少越好";
"共同封閉原則"：這是說"相關類應該打包在一起";
"穩定抽象原則"：這是說"類越穩定，越應該由抽象類組成";
Farhana:我應該學習那些原則嗎?
Shubho:當然可以。你可以從整個網上學習。僅僅需要Google一下那些原則，然后嘗試理解它。當然如果有需要，盡管問我。
Farhana:在那些設計原則之上我聽說過很多設計模式。
Shubho:對的。設計模式只是對一些經常出現的場景的一些通用設計建議。這些靈感主要來自于面向對象原則。你可以把設計模式看作"框架",把OOD原則看作"規范".
Farhana:那么接下去我將學習設計模式嗎?
Shubho:是的，親愛的。
Farhana:那會很有意思，對嗎?
Shubho:是，那確實令人興奮。
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