代码该怎么写——设计原则

初学者学会编程语言后开始写代码，当我们实现一个功能后会有成就感，但是看了别人写的代码又大感困惑，他为什么把代码写得那么复杂？明明一个简单的功能，为什么要这样做？

还有人即使学会了编程语言，仍然不知道怎么下手写代码，哪里该创建一个类，哪里又该创建一个方法？

现代社会，文盲率很低，人人识字，但为什么不是人人都能当作家呢？

因为，我们只学识字是不够的，我们还得学习写作的技巧和套路，并且还要有一定的人生经历，这样才能成长为一个作家。简而言之，会写代码，和写好代码，是两个层面！

面向对象编程语言的设计原则和设计模式，就是程序员需要学习的写作套路。这是很多前辈采坑总结的血泪教训，学习这些套路，能避免后来者踩同样的坑，犯相同的错。

现在，就让我们来用Dart 语言来学习这些设计原则和设计模式。

六大设计原则

这些是程序员编程时应当遵守的原则，它们也是设计模式的基础（依据）

单一职责原则（SRP）

单一职责原则（Single Responsibility Principle，SRP）又称单一功能原则。

对类来说，即一个类应该只负责一项职责。假如有类A负责了两个不同职责：职责a1和职责a2。当职责a1因需求变更而改变了A类时，就可能造成职责a2发生错误，所以需要将类A的粒度拆分为两个类：A1和 A2。

示例

假如某公司开发一视频网站，现在实现视频服务，模拟代码如下：

void main(List<String> arguments) {VideoService().play('1');
}// 创建视频服务类
class VideoService{// 播放资源void play(String resId){print("开始播放ID为： $resId 的视频");}
}

刚开始网站的视频都是随便播放，后来随着公司商业化发展，视频网站实现用户分级制，用户被分为三个级别，普通用户（免费），普通会员，超级会员。不同级别，播放的视频的清晰度、网络带宽是不一样的，这时候，如何在代码中增加该功能，支持业务的发展呢？

在没有学习设计原则和设计模式之前，我们首先想到的可能是在play方法中写大量if-else判断：

  void play(String resId,int userType){if(userType == 1){ // 普通用户print("开始播放ID为： $resId 的 480P 视频,");}else if(userType == 2){ // vip会员print("开始加速播放ID为： $resId 的 1080P 高清视频,");}else{  // 超级会员print("开始加速播放ID为： $resId 的 2K 超清视频");}}

这是一种非常糟糕的代码设计，随着业务发展，功能增多，最后大量的if判断会变成屎山代码。并且这种代码违背了单一职责原则，因为类负责了多个职责，而且我们修改了原有逻辑，这种修改，甚至可能导致以前正常的功能（普通用户播放免费视频）发生错误，

现在按照单一职责原则，拆分类重构代码：

void main(List<String> arguments) {OrdinaryVideoService().play('1');
}// 普通用户视频服务
class OrdinaryVideoService{void play(String resId){print("开始播放ID为： $resId 的 480P 视频,");}
}
// VIP用户视频服务
class VIPVideoService{void play(String resId){print("开始加速播放ID为： $resId 的 1080P 高清视频,");}
}
// 超级VIP用户视频服务
class SuperVIPVideoService{void play(String resId){print("开始加速播放ID为： $resId 的 2K 超清视频");}
}

我们拆分了三个类来分别为不同用户提供视频服务。重构后，我们的逻辑更加清晰易懂，可维护性，可扩展性更高。以后如果出现了在超级VIP之上的新用户级别，我们也可以在不修改已有代码情况下扩展，因为我们只需要创建一个新的类即可，而不是像if判断那样去修改原逻辑。

总结：

降低类的复杂度，一个类只负责一项职责。
提高类的可读性，可维护性
降低修改引发的风险

开闭原则（OCP）

开闭原则（Open-Close Principle，OCP）规定软件中的对象、类、模块和函数对于扩展（提供者）应该是开放的，但对于修改（使用者）是封闭的。这意味着应该用抽象定义结构，用具体实现扩展细节，以此确保软件系统开发和维护过程的可靠性。

对于外部的调用者来说，体现开闭原则需要面向抽象编程。

示例

上面单一职责原则讲的示例看起来仍然比较粗糙，因为我们仅运用了单一职责原则，这还不够，现在我们再结合开闭原则继续重构上例：

void main(List<String> arguments) {VideoService service = OrdinaryVideoService();// VideoService service = VIPVideoService();service.play('1');
}// Dart中的抽象接口
abstract class VideoService{void play(String resId);
}// 普通用户视频服务，实现抽象接口
class OrdinaryVideoService implements VideoService{@overridevoid play(String resId){print("开始播放ID为： $resId 的 480P 视频,");}
}
// VIP用户视频服务，实现抽象接口
class VIPVideoService implements VideoService{@overridevoid play(String resId){print("开始加速播放ID为： $resId 的 1080P 高清视频,");}
}
// 超级VIP用户视频服务，实现抽象接口
class SuperVIPVideoService implements VideoService{@overridevoid play(String resId){print("开始加速播放ID为： $resId 的 2K 超清视频");}
}

首先作为功能模块的提供者，我们编写了三个类提供视频服务，功能的使用者调用这三个类实现需求。也许很多时候，功能提供者和使用者都是我们自己，但是在大团队开发时，可能我们只是编写接口给别人用的，因此在开发时，大脑中需要具有提供者、使用者的思维区分。

对于使用者，不需要知道功能的具体细节，只需要面向抽象接口编程。因此使用者只需要调用抽象接口VideoService的play方法。注意，Dart中没有提供专门声明接口的关键字，其抽象类就相当于Java的接口。对于不同的用户级别，接口只需要切换不同的实现类即可。

经过我们上面的重构，就实现了开闭原则。对于新增功能，提供者只需要创建新的类来实现VideoService接口，这就是所谓对扩展开放。使用者则面向接口编程，它并不知道具体实现细节，也无从修改，这就是对修改封闭。

总结：

当软件需要变化时，尽量通过扩展软件的行为来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现变化。需要注意的是，开闭原则是编程中最基础、最重要的设计原则。

依赖倒置原则（DIP）

依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle，DIP）是指在设计代码架构时，高层模块不应该依赖于底层模块，二者都应该依赖于抽象。抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。

依赖倒置原则是实现开闭原则的重要途径之一，它降低了类之间的耦合，提高了系统的稳定性和可维护性，同时这样的代码一般更易读，且便于传承。

示例

现在有一个学生，他正在学习Dart和Java编程，代码实现如下：

void main(List<String> arguments) {var student = Student();student.studyDart();
}class Student{void studyDart(){print('我在学习Dart编程');}void studyJava(){print('我在学习Java编程');}
}

后面随着该学生的发展，他又想学习Go语言，怎么添加功能呢？难道继续修改Student类，添加一个studyGo方法吗？显然已经不符合开闭原则，对扩展开放，对修改关闭。同时，代码也违背了依赖倒置原则！

依据依赖倒置原则重构代码：

void main(List<String> arguments) {var student = Student();// 依赖注入student.study(DartCourse());student.study(JavaCourse());student.study(GoCourse());
}class Student{// 依赖抽象接口Course，而不是具体实现void study(Course course){course.study();}
}// 课程接口
abstract class Course{void study();
}class DartCourse implements Course{@overridevoid study() {print('我在学习Dart编程');}}class JavaCourse implements Course{@overridevoid study() {print('我在学习Java编程');}
}class GoCourse implements Course{@overridevoid study() {print('我在学习Go编程');}
}

现在，不论该学生后续想学习多少新课程，都能在不修改原有代码的情况下很简便的扩展。

需要注意的是，当我们在main函数中调用Student的study方法传递参数时，就是所谓的依赖注入！

如何理解依赖？一般说的依赖某个类，就是指需要使用某个类。

依赖注入的方式有三种：

通过类的构造方法将需要用到的类传入
通过类的Setter方法，将需要用到的类传入
通过具体使用的接口，将依赖的类传入

上例中显然使用的是第三种方式注入依赖。我们在具体调用study接口时，才将依赖的类传入进去。

总结：

抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象
依赖倒置的中心思想是面向接口编程
相对于细节的多变性，抽象的东西要稳定得多。以抽象为基础搭建的架构比以细节为基础的架构要稳定得多
使用接口或抽象类的目的是制定好规范，而不涉及任何具体的操作，把展现细节的任务交给它们的实现类去完成
变量的声明类型尽量是抽象类或接口, 这样变量引用和实际对象间，就存在一个缓冲层，利于程序扩展和优化

里氏替换原则（LSP）

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）是由麻省理工学院计算机科学系教授Barbara Liskov 女士于 1987 年提出。她提出：继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立。

原则：如果S是T的子类型，那么所有T类型的对象都可以在不破坏程序的情况下被S类型的对象替换。

简单来说，子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。也就是说：当子类继承父类时，除添加新的方法且完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。

概括为4点：

子类可以实现父类的抽象方法，但不应该覆盖父类的非抽象方法。
子类可以增加自己特有的方法。
当子类重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的输入参数）要比父类的方法更宽松。
当子类实现父类的方法（重写、重载或实现抽象方法）时，方法的后置条件（即方法的输出或返回值）要比父类的方法更严格或与父类的方法相等。

示例

void main(List<String> arguments) {var eagle = Eagle();eagle.fly();var ostrich = Ostrich();ostrich.feature();ostrich.fly();
}// 老鹰
class Eagle{void feature(){print('体覆羽毛，有双翼');}void fly(){print('翱翔天空！');}
}// 鸵鸟
class Ostrich extends Eagle{@overridevoid fly(){print('不会飞！');}void run(){print('奔跑如飞！');}
}

如上例，我们先有老鹰这个类，后面需要鸵鸟类。程序员考虑到动物界，老鹰和鸵鸟同属于鸟类，有很多共性，为了复用代码，少写代码，直接让鸵鸟类继承老鹰类。继承完了，发现鸵鸟不会飞，于是重写父类的fly方法，屏蔽了鸵鸟的飞这个功能。以上代码确实做到了复用，复用了feature方法。但是这样的代码设计是糟糕的，不符合里氏替换原则！

在后续的业务扩展中，我们会逐渐发现，有一部分鸟类是不会飞的，譬如鸡，企鹅，同属鸟类但都不会飞。如果都这样继承，代码只会越写越蹩脚。

为了符合里氏替换原则，我们需要重构代码。一般的解决方法，是抽象出一个共同基类，而不是直接去继承业务类：

void main(List<String> arguments) {var eagle = Eagle();eagle.feature();eagle.fly();var ostrich = Ostrich();eagle.feature();ostrich.run();
}// 抽象基类：鸟类
abstract class Birds{void feature(){print('体覆羽毛，有双翼');}
}// 老鹰
class Eagle extends Birds{void fly(){print('翱翔天空！');}
}// 鸵鸟
class Ostrich extends Birds{void run(){print('奔跑如飞！');}
}

我们将这些类的共同特性抽象到一个单独的基类——Birds中，然后再让这些业务类去继承抽象基类。这样，具体子类只需要创建自己特有的方法，而不需要去重写父类的方法来达到需求。既复用了代码，也遵循了里氏替换原则。

总结：

约束继承泛滥，同时也是开闭原则的一种体现。
加强程序的健壮性，同时变更时可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、可扩展性，降低需求变更时引入的风险。

举个生活中的例子，我们经常与USB插口打交道，计算机依赖抽象USB插口去读取数据，至于具体接入什么设备，计算机不必关心，可以是键盘，也可以是扫描仪，只要是兼容USB接口的设备就可以对接。这便实现了多种USB设备的里氏替换，让系统功能模块可以灵活替换，功能无限扩展，这种可替换、可延伸的软件系统才是有灵魂的设计。

迪米特法则（LOD）

迪米特法则（Law of Demeter，LOD）又称为最少知道原则（Least KnowledgePrinciple，LKP），是指一个对象类对于其他对象类来说，知道得越少越好。也就是说，两个类之间不要有过多的耦合关系，保持最少关联性。

迪米特法则还有个更简单的定义：只与直接的朋友通信。

所谓直接的朋友：每个对象都会与其他对象有耦合关系，只要两个对象之间有耦合关系，我们就说这两个对象之间是朋友关系。耦合的方式很多，依赖，关联，组合，聚合等。其中，我们称出现在成员变量，方法参数，方法返回值中的类为直接的朋友，而出现在局部变量中的类则不是直接的朋友。也就是说，陌生的类最好不要以局部变量的形式出现在类的内部。

示例

现在有三个类，商品、员工和老板。需求是让老板调度员工去统计商品的数量，代码实现如下：

void main(List<String> arguments) {var boss = Boss();var employee = Employee();boss.scheduleEmployee(employee);
}// 商品
class Goods{}// 员工
class Employee{// 检查商品数量void checkNumber(List<Goods> goodsList){print('检查到的商品数量是：${goodsList.length}');}
}// 老板
class Boss{// 调度员工做事void scheduleEmployee(Employee employee){var goodsList = List.filled(10, Goods());employee.checkNumber(goodsList);}
}

上例显然没有遵循迪米特法则！老板调度员工干活，只需要知道结果，而不关心过程。也就是说，在老板类的scheduleEmployee方法中不应该出现Goods类。Goods类不是Boss类的直接朋友。

按照迪米特法则重构代码：

// 员工
class Employee{List<Goods> _getAllGoods(){return List.filled(10, Goods());}// 检查商品数量void checkNumber(){var goodsList = _getAllGoods();print('检查到的商品数量是：${goodsList.length}');}
}// 老板
class Boss{// 调度员工做事void scheduleEmployee(Employee employee){employee.checkNumber();}
}

我们在Employee的内部封装一个方法获取所有商品，然后在checkNumber方法内部去调用。Boss类中，只需调用雇员的checkNumber功能即可，Boss类是不需要和Goods类耦合的。

总结：

迪米特法则要求，一个类对自己依赖（使用）的类知道得越少越好。也就是说，对于被依赖（使用）的类不管多么复杂，都尽量将逻辑封装在类的内部。对外除了提供公共方法，不对外泄露任何信息。就像我们上面的Employee类，不管其功能多复杂，都应该封装在类的内部，而不应该让Boss类知道。

举个生活中的例子，假如我们买了一台游戏机，其内部集成了非常复杂的电子元件，这些对外部来说完全是不可见的，就像一个黑盒子。虽然我们看不到黑盒子的内部构造与工作原理，但它向外部开放了控制接口，让我们可以接上手柄对其进行访问，这便构成了一个完美的封装。除了封装起来的黑盒子游戏主机，手柄是另一个封装好的模块，它们之间只是通过一根线来传递信号，至于主机内部的各种复杂逻辑，手柄一无所知。

接口隔离原则（ISP）

接口隔离原则（Interface Segregation Principle，ISP）要求程序员尽量将臃肿庞大的接口拆分成更小的和更具体的接口，让接口中只包含客户感兴趣的方法。

因为客户不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口之上！

示例

现在有人抽象了一个动物接口：

// 动物接口
abstract class Animal{void eat();void fly();void run();void swim();
}// 狗
class Dog implements Animal{@overridevoid eat() {}@overridevoid fly() {}@overridevoid run() {}@overridevoid swim() {}
}// 金鱼
class Goldfish  implements Animal{@overridevoid eat() {}@overridevoid fly() {}@overridevoid run() {}@overridevoid swim() {}
}

如上例，当我们用狗类去实现动物接口时，因为狗不会飞，因此只能空实现一个它不需要的方法。用金鱼去实现动物接口时，金鱼不会跑，也不会飞，得空实现两个不需要的方法。这显然违背了接口隔离原则！

这说明我们在抽象Animal接口时存在问题，抽象的接口太多了，没有建立在最小的接口之上。

根据接口隔离原则重构代码：

// 动物接口
abstract class Animal{void eat();
}// 飞行动物接口
abstract class FlyAnimal extends Animal{void fly();
}// 陆地动物接口
abstract class TerrestrialAnimal extends Animal{void run();
}// 水生动物接口
abstract class WaterAnimal extends Animal{void swim();
}// 狗
class Dog implements TerrestrialAnimal{@overridevoid eat() {}@overridevoid run() {}
}// 金鱼
class Goldfish  implements WaterAnimal{@overridevoid eat() {}@overridevoid swim() {}
}

如上例，我们将之前很大的接口Animal拆分成颗粒度更低的众多小接口，然后让狗类去实现陆地动物接口，让金鱼实现水生动物接口，这样，它们就不需要空实现根本不需要的方法。需要注意，接口之间也是可以继承的，以达到复用代码的目的。我们在Animal中抽象出了eat接口，这是所有动物都具有的行为，然后让其他接口继承它。

总结：

一个类对另一个类的依赖应该建立在最小接口上。
建立单一接口，不要建立庞大臃肿的接口
尽量细化接口，接口中的方法尽量少（当然不是越少越好，要适度）

另外需要注意，Dart语法中提出了一个新的概念 mixin，它在功能上有些类似于接口，使用mixin在一定程度上就遵循了接口隔离原则。Dart不是很强调使用接口这个概念，但它实际上就是将一个大的接口拆分成多个小的 mixin混入，达到依赖最小接口的目的。

其他

以上六大设计原则，也被称为SOLID 原则，这是根据它们英文的首字母缩写而来。其实在这六大原则之外，一些其他书籍资料中，还有一种原则被称为合成复用原则。

合成复用原则（Composite/Aggregate Reuse Principle，CARP）指尽量使用对象组合（has-a）或对象聚合（contanis-a）的方式实现代码复用，而不是用继承关系达到代码复用的目的。合成复用原则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小。继承，又被称为白箱复用，相当于把所有实现细节暴露给子类。组合/聚合又被称为黑箱复用，对类以外的对象是无法获取实现细节的。

那么什么是组合关系，什么又是聚合关系呢？这里我们有必要对依赖、组合、聚合等概念做一个总结。

依赖关系

在类中使用到了对方
是类的成员属性
是方法的返回类型
是方法接收的参数类型
在方法中使用到

关联关系

是类与类之间的联系，他是依赖关系的特例。关联具有导航性：即双向关系或单向关系

聚合关系

表示的是整体和部分的关系，整体与部分可以分开。聚合关系是关联关系的特例，所以他具有关联的导航性与多重性。

例如，一台电脑由键盘、显示器，鼠标等组成；组成电脑的各个配件是可以从计算机上分离出来的：

// 鼠标
class Mouse{}// 显示器
class Monitor{}// 计算机
class Computer{Mouse? _mouse;Monitor? _monitor;set mouse(Mouse m){_mouse = m;}set monitor(Monitor m){_monitor = m;}
}

如上例，显示器，鼠标是可以从计算机上分离的，即可以从外部传进来。

组合关系

也是整体与部分的关系，但是整体与部分不可以分开。

我们仍然用上面的例子来描述：

// 鼠标
class Mouse{}// 显示器
class Monitor{}// 计算机
class Computer{Mouse mouse = Mouse();Monitor monitor = Monitor();
}

这里我们运用了组合来描述计算机与鼠标、显示器的关系。我们认为计算机与鼠标、显示器是不可分离的，因此mouse、monitor成员不能由外部传入，只能在内部创建实例。

设计的核心思想

找出应用中需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起。
针对接口编程，而不是针对实现编程。
为了交互对象之间的松耦合设计而努力

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