软件架构设计原则
学习设计原则是学习设计模式的基础。在实际的开发过程中，并不是一定要求所有的代码都遵循设计原则，而是要综合考虑人力、成本、时间、质量，不刻意追求完美，要在适当的场景遵循设计原则。这体现的是一种平衡取舍，可以帮助我们设计出更加优雅的代码结构。
分别用一句话归纳总结软件设计七大原则，如下表所示。
设计原则 | 一句话归纳 | 目的 |
|---|---|---|
开闭原则 | 对扩展开放，对修改关闭 | 降低对维护带来的新风险 |
依赖倒置原则 | 高层不应该依赖底层 | 更利于代码结构的升级扩展 |
单一职责原则 | 一个类只干一件事 | 便于理解，提高代码的可读性 |
接口隔离原则 | 一个接口只干一件事 | 功能解耦，高聚合、低耦合 |
迪米特法则 | 不该知道的不要知道 | 只和朋友交流，不和陌生人说话，减少代码臃肿 |
里氏替换原则 | 子类重写方式功能发生改变，不应该影响父类方法的含义 | 防止继承泛滥 |
合成复用原则 | 尽量使用组合实现代码复用，而不使用继承 | 降低代码耦合 |
开闭原则示例
当使用C#编程语言时，可以通过以下示例来说明开闭原则的应用：
假设我们正在设计一个图形绘制应用程序，其中包含不同类型的图形（如圆形、矩形、三角形等）。我们希望能够根据需要轻松地添加新的图形类型，同时保持现有代码的稳定性。
首先，我们定义一个抽象基类 Shape 来表示所有图形的通用属性和行为：
public abstract class Shape
{
public abstract void Draw();
}然后，我们创建具体的图形类，如 Circle、Rectangle 和 Triangle，它们都继承自 Shape 基类，并实现了 Draw() 方法：
public class Circle : Shape
{
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("Drawing a circle");
}
}
public class Rectangle : Shape
{
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("Drawing a rectangle");
}
}
public class Triangle : Shape
{
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("Drawing a triangle");
}
}现在，如果我们需要添加新的图形类型（例如椭圆），只需创建一个新的类并继承自 Shape 类即可。这样做不会影响现有代码，并且可以轻松地扩展应用程序。
public class Ellipse : Shape
{
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("Drawing an ellipse");
}
}在应用程序的其他部分，我们可以使用 Shape 类型的对象来绘制不同的图形，而无需关心具体的图形类型。这样，我们遵循了开闭原则，对扩展开放（通过添加新的图形类型），对修改关闭（不需要修改现有代码）。
public class DrawingProgram
{
public void DrawShapes(List<Shape> shapes)
{
foreach (var shape in shapes)
{
shape.Draw();
}
}
}使用示例：
代码语言：javascript复制var shapes = new List<Shape>
{
new Circle(),
new Rectangle(),
new Triangle(),
new Ellipse()
};
var drawingProgram = new DrawingProgram();
drawingProgram.DrawShapes(shapes);输出结果：
代码语言：javascript复制Drawing a circle
Drawing a rectangle
Drawing a triangle
Drawing an ellipse通过遵循开闭原则，我们可以轻松地扩展应用程序并添加新的图形类型，而无需修改现有代码。这样可以提高代码的可维护性和可扩展性，并支持软件系统的演化和变化。
单一职责示例
单一职责原则（Single Responsibility Principle，SRP）要求一个类应该只有一个引起它变化的原因。换句话说，一个类应该只负责一项职责或功能。
下面是一个使用C#示例来说明单一职责原则的应用：
假设我们正在开发一个学生管理系统，其中包含学生信息的录入和展示功能。我们可以将这个系统分为两个类：Student 和 StudentManager。
首先，定义 Student 类来表示学生对象，并包含与学生相关的属性和方法：
public class Student
{
public string Name { get; set; }
public int Age { get; set; }
// 其他与学生相关的属性和方法...
}然后，创建 StudentManager 类来处理与学生信息管理相关的操作，如录入、查询和展示等：
public class StudentManager
{
private List<Student> students;
public StudentManager()
{
students = new List<Student>();
}
public void AddStudent(Student student)
{
// 将学生信息添加到列表中...
students.Add(student);
Console.WriteLine("Student added successfully.");
}
public void DisplayStudents()
{
// 展示所有学生信息...
foreach (var student in students)
{
Console.WriteLine($"Name: {student.Name}, Age: {student.Age}");
}
}
}在这个例子中，Student 类负责表示单个学生对象，并封装了与学生相关的属性。而 StudentManager 类负责处理学生信息的管理操作，如添加学生和展示学生信息。
使用示例：
代码语言：javascript复制var student1 = new Student { Name = "Alice", Age = 20 };
var student2 = new Student { Name = "Bob", Age = 22 };
var studentManager = new StudentManager();
studentManager.AddStudent(student1);
studentManager.AddStudent(student2);
studentManager.DisplayStudents();输出结果：
代码语言：javascript复制Student added successfully.
Student added successfully.
Name: Alice, Age: 20
Name: Bob, Age: 22通过将学生对象的表示和管理操作分别封装在不同的类中，我们遵循了单一职责原则。Student 类只负责表示学生对象的属性，而 StudentManager 类只负责处理与学生信息管理相关的操作。这样可以提高代码的可维护性和可扩展性，并使每个类都具有清晰明确的职责。
里式替换
里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）要求子类型必须能够替换其基类型，并且不会破坏程序的正确性。也就是说，子类可以在不影响程序正确性和预期行为的情况下替代父类。
下面是一个使用C#示例来说明里式替换原则的应用：
假设我们正在开发一个图形绘制应用程序，其中包含多种形状（如圆形、矩形等）。我们希望能够根据用户选择的形状类型进行绘制操作。
首先，定义一个抽象基类 Shape 来表示所有形状对象，并声明一个抽象方法 Draw 用于绘制该形状：
public abstract class Shape
{
public abstract void Draw();
}然后，创建具体的子类来表示不同的形状。例如，创建 Circle 类和 Rectangle 类分别表示圆形和矩形，并实现它们自己特定的绘制逻辑：
public class Circle : Shape
{
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("Drawing a circle...");
}
}
public class Rectangle : Shape
{
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("Drawing a rectangle...");
}
}在这个例子中，每个具体的子类都可以替代其基类 Shape 并实现自己特定的绘制逻辑。这符合里式替换原则，因为无论是 Circle 还是 Rectangle 都可以在不破坏程序正确性和预期行为的情况下替代 Shape。
使用示例：
代码语言：javascript复制Shape circle = new Circle();
circle.Draw(); // 输出 "Drawing a circle..."
Shape rectangle = new Rectangle();
rectangle.Draw(); // 输出 "Drawing a rectangle..."通过将具体的子类对象赋值给基类引用变量，并调用相同的方法，我们可以看到不同形状的绘制操作被正确地执行。这证明了里式替换原则的有效性。
总结：里式替换原则要求子类型必须能够替代其基类型，并且不会破坏程序正确性。在C#中，我们可以通过创建具体的子类来表示不同形状，并确保它们能够在继承自抽象基类时正确地实现自己特定的行为。这样可以提高代码的可扩展性和灵活性，并使得代码更易于维护和重用。
依赖倒置
依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle，DIP）要求高层模块不应该依赖于低层模块的具体实现，而是应该依赖于抽象。同时，抽象不应该依赖于具体实现细节，而是应该由高层模块定义。
下面是一个使用C#示例来说明依赖倒置原则的应用：
假设我们正在开发一个电子商务系统，其中包含订单处理和支付功能。我们希望能够根据用户选择的支付方式进行订单支付操作。
首先，定义一个抽象接口 IPaymentProcessor 来表示支付处理器，并声明一个方法 ProcessPayment 用于执行订单支付：
public interface IPaymentProcessor
{
void ProcessPayment(decimal amount);
}然后，在具体的实现类中分别实现不同的支付方式。例如，创建 CreditCardPaymentProcessor 类和 PayPalPaymentProcessor 类分别表示信用卡和PayPal支付，并实现它们自己特定的支付逻辑：
public class CreditCardPaymentProcessor : IPaymentProcessor
{
public void ProcessPayment(decimal amount)
{
Console.WriteLine($"Processing credit card payment of {amount} dollars...");
// 具体信用卡支付逻辑...
}
}
public class PayPalPaymentProcessor : IPaymentProcessor
{
public void ProcessPayment(decimal amount)
{
Console.WriteLine($"Processing PayPal payment of {amount} dollars...");
// 具体PayPal支付逻辑...
}
}在这个例子中，每个具体的支付处理器都实现了 IPaymentProcessor 接口，并提供了自己特定的支付逻辑。这样，高层模块（订单处理模块）就可以依赖于抽象接口 IPaymentProcessor 而不是具体的实现类。
使用示例：
代码语言：javascript复制public class OrderProcessor
{
private IPaymentProcessor paymentProcessor;
public OrderProcessor(IPaymentProcessor paymentProcessor)
{
this.paymentProcessor = paymentProcessor;
}
public void ProcessOrder(decimal amount)
{
// 处理订单逻辑...
// 使用依赖注入的方式调用支付处理器
paymentProcessor.ProcessPayment(amount);
// 其他订单处理逻辑...
}
}
// 在应用程序中配置和使用不同的支付方式
var creditCardPayment = new CreditCardPaymentProcessor();
var payPalPayment = new PayPalPaymentProces 接口隔离
接口隔离原则（Interface Segregation Principle，ISP）要求客户端不应该依赖于它们不使用的接口。一个类应该只依赖于它需要的接口，而不是依赖于多余的接口。
下面是一个使用C#示例来说明接口隔离原则的应用：
假设我们正在开发一个文件管理系统，其中包含文件上传和文件下载功能。我们希望能够根据用户需求提供相应的功能。
首先，定义两个接口 IFileUploadable 和 IFileDownloadable 来表示文件上传和文件下载功能，并分别声明相应的方法：
public interface IFileUploadable
{
void UploadFile(string filePath);
}
public interface IFileDownloadable
{
void DownloadFile(string fileId);
}然后，在具体的实现类中分别实现这两个功能。例如，创建 LocalFileManager 类来处理本地文件操作，并实现对应的方法：
public class LocalFileManager : IFileUploadable, IFileDownloadable
{
public void UploadFile(string filePath)
{
Console.WriteLine($"Uploading file from local path: {filePath}");
// 具体本地上传逻辑...
}
public void DownloadFile(string fileId)
{
Console.WriteLine($"Downloading file with ID: {fileId} to local path");
// 具体本地下载逻辑...
}
}在这个例子中，每个具体的实现类只关注自己需要用到的接口方法，而不需要实现多余的方法。这符合接口隔离原则，因为客户端可以根据需要依赖于相应的接口。
使用示例：
代码语言：javascript复制public class FileManagerClient
{
private IFileUploadable fileUploader;
private IFileDownloadable fileDownloader;
public FileManagerClient(IFileUploadable fileUploader, IFileDownloadable fileDownloader)
{
this.fileUploader = fileUploader;
this.fileDownloader = fileDownloader;
}
public void UploadAndDownloadFiles(string filePath, string fileId)
{
// 使用文件上传功能
fileUploader.UploadFile(filePath);
// 使用文件下载功能
fileDownloader.DownloadFile(fileId);
// 其他操作...
}
}
// 在应用程序中配置和使用具体的文件管理类
var localFileManager = new LocalFileManager();
var client = new FileManagerClient(localFileManager, localFileManager);
client.UploadAndDownloadFiles("path/to/file", "123456");通过依赖注入的方式，我们可以将具体的实现类传递给客户端，并根据需要调用相应的接口方法。这样就遵循了接口隔离原则，使得客户端只依赖于它们所需的接口，并且不会受到多余方法的影响。这提高了代码的可维护性和灵活性，并促进了代码重用和扩展。
迪米特
迪米特法则（Law of Demeter，LoD），也称为最少知识原则（Principle of Least Knowledge），要求一个对象应该对其他对象有尽可能少的了解。一个类不应该直接与其他类耦合，而是通过中间类进行通信。
下面是一个使用C#示例来说明迪米特法则的应用：
假设我们正在开发一个社交网络系统，其中包含用户、好友和消息等功能。我们希望能够实现用户发送消息给好友的功能。
首先，定义三个类 User、Friend 和 Message 来表示用户、好友和消息，并在 User 类中实现发送消息的方法：
public class User
{
private string name;
private List<Friend> friends;
public User(string name)
{
this.name = name;
this.friends = new List<Friend>();
}
public void AddFriend(Friend friend)
{
friends.Add(friend);
}
public void SendMessageToFriends(string messageContent)
{
Message message = new Message(messageContent);
foreach (Friend friend in friends)
{
friend.ReceiveMessage(message);
}
Console.WriteLine($"User {name} sent a message to all friends.");
}
}
public class Friend
{
private string name;
public Friend(string name)
{
this.name = name;
}
public void ReceiveMessage(Message message)
{
Console.WriteLine($"Friend {name} received a message: {message.Content}");
// 处理接收到的消息...
}
}
public class Message
{
public string Content { get; set; }
public Message(string content)
{
Content = content;
}
}在这个例子中，User 类表示用户，Friend 类表示好友，Message 类表示消息。用户可以添加好友，并通过 SendMessageToFriends 方法向所有好友发送消息。
使用示例：
代码语言：javascript复制User user1 = new User("Alice");
User user2 = new User("Bob");
Friend friend1 = new Friend("Charlie");
Friend friend2 = new Friend("David");
user1.AddFriend(friend1);
user2.AddFriend(friend2);
user1.SendMessageToFriends("Hello, friends!");在这个示例中，用户对象只与好友对象进行通信，并不直接与消息对象进行通信。这符合迪米特法则的要求，即一个对象应该尽可能少地了解其他对象。
通过将消息发送的责任委托给好友对象，在用户类中只需要调用 friend.ReceiveMessage(message) 方法来发送消息给所有好友。这样可以降低类之间的耦合性，并提高代码的可维护性和灵活性。
合成复用
合成复用原则（Composite Reuse Principle，CRP）要求尽量使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的。通过将现有对象组合起来创建新的对象，可以更灵活地实现功能的复用和扩展。
下面是一个使用C#示例来说明合成复用原则的应用：
假设我们正在开发一个图形库，其中包含各种形状（如圆形、矩形等）。我们希望能够实现一个可以绘制多个形状的画板。
首先，定义一个抽象基类 Shape 来表示图形，并声明抽象方法 Draw：
public abstract class Shape
{
public abstract void Draw();
}然后，在具体的子类中分别实现各种形状。例如，创建 Circle 类和 Rectangle 类来表示圆形和矩形，并重写父类中的 Draw 方法：
public class Circle : Shape
{
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("Drawing a circle");
// 具体绘制圆形逻辑...
}
}
public class Rectangle : Shape
{
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("Drawing a rectangle");
// 具体绘制矩形逻辑...
}
}接下来，创建一个画板类 Canvas 来管理并绘制多个图形。在该类中使用对象组合将多个图形组合在一起：
public class Canvas
{
private List<Shape> shapes;
public Canvas()
{
shapes = new List<Shape>();
}
public void AddShape(Shape shape)
{
shapes.Add(shape);
}
public void DrawShapes()
{
foreach (Shape shape in shapes)
{
shape.Draw();
}
Console.WriteLine("All shapes are drawn.");
}
}在这个例子中，Canvas 类通过对象组合的方式将多个图形对象组合在一起，并提供了添加图形和绘制图形的方法。
使用示例：
代码语言：javascript复制Canvas canvas = new Canvas();
Circle circle = new Circle();
Rectangle rectangle = new Rectangle();
canvas.AddShape(circle);
canvas.AddShape(rectangle);
canvas.DrawShapes();在这个示例中，我们创建了一个画板对象 canvas，并向其中添加了一个圆形和一个矩形。然后调用 DrawShapes 方法来绘制所有的图形。
通过使用对象组合而不是继承，我们可以更灵活地实现功能的复用和扩展。例如，可以轻松地添加新的图形类型或修改现有图形类型的行为，而不会影响到画板类。这符合合成复用原则，并提高了代码的可维护性和灵活性。
