C# 实例解释面向对象编程中的单一功能原则

在面向对象编程中,SOLID 是五个设计原则的首字母缩写,旨在使软件设计更易于理解、灵活和可维护。这些原则是由美国软件工程师和讲师罗伯特·C·马丁(Robert Cecil Martin)提出的许多原则的子集,在他2000年的论文《设计原则与设计模式》中首次提出。

SOLID 原则包含:

本文我们来介绍单一功能原则

单一功能原则

在面向对象编程领域中,单一功能原则(Single responsibility principle)规定每个类都应该有且仅有一个单一的功能,并且该功能应该由这个类完全封装起来。所有它的(这个类的)服务都应该严密的和该功能平行(功能平行,意味着没有依赖)。

这个术语由罗伯特·C·马丁(Robert Cecil Martin)在他的《敏捷软件开发,原则,模式和实践》一书中的一篇名为『面向对象设计原则』的文章中提出。马丁表述该原则是基于《结构化分析和系统规格》一书中的内聚原则(Cohesion)之上的。

马丁把功能(职责)定义为:“改变的原因”,并总结出一个类或者模块应该有且只有一个改变的原因。一个具体的例子就是,想象有一个用于编辑和打印报表的模块。这样的一个模块存在两个改变的原因。第一,报表的内容可以改变(编辑)。第二,报表的格式可以改变(打印)。这两方面的改变会因为完全不同的起因而发生:一个是本质的修改,一个是表面的修改。单一功能原则认为这两方面的问题事实上是两个分离的功能,因此他们应该分离在不同的类或者模块里。把具有不同的改变原因的事物耦合在一起的设计是糟糕的。

保持一个类专注于单一功能点的一个重要的原因是,它可以使类更加的健壮。回顾上面的例子,如果有一个对于报表“编辑”流程的修改,那么将存在极大的危险性,因为假设这两个功能存在于同一个类中,修改报表的“编辑”流程会导致公共状态或者依赖关系的改变,从而可能使“打印”功能的代码无法正常运行。

C# 示例

例如,考虑这样一个应用程序,它接受一组形状(圆形和正方形),并计算该列表中所有形状的面积之和。

首先,创建形状类,并通过构造函数设置所需的参数。

对于正方形,需要知道它的边长:

/// <summary>
/// 正方形
/// </summary>
class Square
{
    public Square(double length)
    {
        SideLength = length;
    }
    public double SideLength { get; init; }
}

对于圆形,需要它的半径:

/// <summary>
/// 圆形
/// </summary>
class Circle
{
    public Circle(double radius)
    {
        Radius = radius;
    }

    public double Radius { get; init; }
}

接下来,创建 AreaCalculator 类,然后编写逻辑以计算所有提供的形状的面积。正方形的面积是用边长的平方计算的,圆的面积由 π 乘以半径的平方来计算的。

糟糕的示范

class AreaCalculator
{
    private List<object> _shapes;

    public AreaCalculator(List<object> shapes)
    {
        _shapes = shapes;
    }

    /// <summary>
    /// 计算所有形状的面积总和
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public double Sum()
    {
        List<double> areas = new List<double>();

        foreach (var item in _shapes)
        {
            if (item is Square s)
            {
                areas.Add(Math.Pow(s.SideLength, 2));
            }
            else if (item is Circle c)
            {
                areas.Add(Math.PI * Math.Pow(c.Radius, 2));
            }
        }

        return areas.Sum();
    }

    public string Output()
    {
        return $"Sum of the areas of provided shapes: {Sum()}";
    }
}

要使用 AreaCalculator 类,您需要实例化这个类,并传入一个形状列表,并显示其输出。

在此,我们传入一个三个形状的列表:一个半径为 2 的圆,一个边长为 5 的正方形,一个边长为 6 的正方形。

static void Main(string[] args)
{
    var shapes = new List<object> {
            new Circle(2),
            new Square(5),
            new Square(6)
    };

    var areas = new AreaCalculator(shapes);
    Console.WriteLine(areas.Output());
}

运行程序,您会看到如下的输出:

Sum of the areas of provided shapes: 73.56637061435917

输出正常,但这并不符合单一功能原则。因为 AreaCalculator 类既计算了所有形状的面积之和,又处理了输出数据的格式。

考虑这样一个场景,假如想要输出转换为另一种格式呢,如 JSON。我们就需要去修改 AreaCalculator 类,这样本来是为了修改输出数据的格式,却可能会影响到计算的逻辑,这明显违反了单一功能原则

正确的示范

AreaCalculator 类应该只关心计算提供的形状的面积之和,不应该关心输出什么格式。

下面我们来做一些修改,删除 AreaCalculator 类中的 Output 方法:

class AreaCalculator
{
    private List<object> _shapes;

    public AreaCalculator(List<object> shapes)
    {
        _shapes = shapes;
    }

    /// <summary>
    /// 计算所有形状的面积总和
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public double Sum()
    {
        List<double> areas = new List<double>();

        foreach (var item in _shapes)
        {
            if (item is Square s)
            {
                areas.Add(Math.Pow(s.SideLength, 2));
            }
            else if (item is Circle c)
            {
                areas.Add(Math.PI * Math.Pow(c.Radius, 2));
            }
        }

        return areas.Sum();
    }
}

并新增一个 SumCalculatorOutputter 类来专门处理输出格式的逻辑:

class SumCalculatorOutputter
{
    protected AreaCalculator _calculator;

    public SumCalculatorOutputter(AreaCalculator calculator)
    {
        _calculator = calculator;
    }

    public string String()
    {
        return $"Sum of the areas of provided shapes: {_calculator.Sum()}";
    }

    public string JSON()
    {
        var data = new { Sum = _calculator.Sum() };
        return System.Text.Json.JsonSerializer.Serialize(data);
    }
}

此时我们再来修改一下 Main 中的调用:

static void Main(string[] args)
{
    var shapes = new List<object> {
            new Circle(2),
            new Square(5),
            new Square(6)
    };

    var areaCalculator = new AreaCalculator(shapes);
    var outputer = new SumCalculatorOutputter(areaCalculator);
    Console.WriteLine(outputer.JSON());
    Console.WriteLine(outputer.String());
}

运行程序,输出结果如下:

{"Sum":73.56637061435917}
Sum of the areas of provided shapes: 73.56637061435917

现在,AreaCalculator 类处理计算逻辑,SumCalculatorOutputter 类处理输出格式,它们各司其职,遵循了单一功能原则

总结

本文我介绍了 SOLID 原则中的单一功能原则(single-responsibility principle),并通过 C# 代码示例简明地诠释了它的含意和实现,希望对您有所帮助。

作者 : 技术译民
出品 : 技术译站


参考文档:

posted @ 2022-02-07 19:21  技术译民  阅读(728)  评论(0编辑  收藏  举报