背景

在我们日常工作中，代码写着写着就出现下列的一些臭味。但是还好我们有SOLID这把‘尺子’, 可以拿着它不断去衡量我们写的代码，除去代码臭味。这就是我们要学习SOLID原则的原因所在。

设计的臭味

• 僵化性
  • 具有联动性，动一处，会牵连到其他地方
• 脆弱性
  • 不敢改动，动一处，全局瘫痪
• 顽固性
  • 不易改动
• 粘滞性
  • 耦合性太高
• 不必要的复杂性
  • 代码设计过于复杂
• 不必要的重复
  • 提高复用性，减少重复
• 晦涩性
  • 代码设计不易理解

SRP-单一职责原则

• 一个类只做一件事情。当然一件事情，不是说类中只有一个方法。而是类中的方法都是属于同一种职责。
• 不能因为第二职责的原因去改动这个类。

一个很好的例子：在我们封装request库时，我们需要实现以下4个方法.

class MyRequestClient:
    
    def post(self):
        pass
    def get(self):
        pass  
    def update(self):
        pass
    def delete(self):
        pass
        
    #上面的方法就是属于同一职责。 如何还有其他的方法，那么这个类就不符合单一职责原则。
    #例增加以下方法：
    def get_db_data(self):
        pass
    def to_object(self):
        pass
       

OCP-开放封闭原则

• 对扩展开放，对修改封闭。
• 无需改动自身代码，就可以扩展它的行为。
• 对类的改动往往是新增代码就可以了，而不是去修改原有的代码。
• 使用子类继承、依赖注入、数据驱动的方法可以实现OCP原则。

首先我们来看一个违反OCP原则的例子。

#bad code
def circle_draw():
    print(f"this is circle draw")

def square_draw():
    print(f"this is square draw")

def draw_all_shape(shapes):
    for shape in shapes:
        if shape == "circle":
            circle_draw()
        if shape == "square":
            square_draw()

这段代码的问题是如果再有新的类型需要draw, 我们需要修改draw_all_shape函数来适配新的类型。

依赖注入实现OCP原则

我们定义了一个抽象类Shape， 子类Square和Circle继承Shape. 并且在子类中重写了父类的方法。函数draw_all_shape是绘制所有图形。

from typing import List
from abc import ABCMeta, abstractmethod


class Shape(metaclass=ABCMeta):

    @abstractmethod
    def draw(self):
        pass


class Square(Shape):

    def draw(self):
        print(f"this is square draw")


class Circle(Shape):

    def draw(self):
        print(f"this is circle draw")


def draw_all_shape(shapes: List[Shape]):
    for shape in shapes:
        shape.draw()

我们定义了一个抽象类Shape， 子类Square和Circle继承Shape. 并且在子类中重写了父类的方法。函数draw_all_shape是绘制所有图形。

参数注入实现OCP原则

def circle_draw():
    print(f"this is circle draw")


def square_draw():
    print(f"this is square draw")


def draw_all_shape_by_function(data: Dict[str,Callable]):
    for key,value in data.items():
        value()


data = {
    "circle": circle_draw,
    "square": square_draw
}

draw_all_shape_by_function(data=data)

Conclusion

• 这样的设计的好处是，如果需要再绘制一个三角形，那么我们只需要增加一个新类并继承Shape.无需修改shape类和draw_all_shape就可以实现三角形类的绘制。
• 当我们在类中或函数中需要使用大量的if-else逻辑判断时，很有可能代码就违反了OCP原则。

LSP:Liskov 替换原则

• 派生类应该可以替换父类中的方法使用，而不会改变程序原本的功能。
• 派生类重写方法的参数应该和父类的保持一致或多于父类，不能少于父类。
• 派生类重写方法的返回值必须和父类返回值类型一致。
• 违反LSP原则，通常也会违反OCP原则。

首先我们来看一段违法LSP的例子

from typing import Iterable
class User():
    def __init__(self, user: str) -> None:
        self.user = user
    def disable(self) -> None:
        print(f"{self.user} disable!")        
  
  
class Admin(User):
    def __init__(self, user: str = "Admin") -> None:
        self.user = user
    def disable(self):
        raise "Admin do not disable!"
   
   
def delete_user(users: Iterable[User]):
    for user in users:
        user.disable()

当执行delete_user时，就会抛出TypeError 错误，Admin类中disable方法违法了LSP替换原则。

Optimize

#Good
from typing import Iterable

class User():
    def __init__(self, user: str) -> None:
        self.user = user

    def allow_disable(self):
        return True

    def disable(self) -> None:
        print(f"{self.user} disable!")        
    

class Admin(User):
    def __init__(self, user: str = "Admin") -> None:
        self.user = user

    def allow_disable(self):
        return False
    

def delete_user(users: Iterable[User]) -> None:
    for user in users:
        if user.allow_disable:
            user.disable()

Conclusion

• 上例中通过添加allow_disable 的方法，解决了Admin类不能disable的问题。
• 当派生类不正确的重写父类方法的时候，就会违反LSP原则，我们在继承类的时候重写方法的时候，尤其- 要注意是否违反了LSP原则。

ISP 接口隔离原则

• 客户应该不依赖它不使用的方法。
• 一个类只做一件事。

首先来看一个违反ISP原则的例子：

class Animal(metaclass=ABCMeta):

    @abstractclassmethod
    def run(self):
        pass

    @abstractclassmethod
    def speak(self):
        pass

    @abstractclassmethod
    def fly(self):
        pass


class Dog(Animal):

    def run(self):
        return "Dog Running"

    def speak(self):
        return "Dog Speaking"

    def fly(self):
        raise TypeError("Dog can not fly")


class Bird(Animal):

    def run(self):
        raise TypeError("Bird can not run")

    def speak(self):
        return "Bird Speaking"

    def fly(self):
        return "Bird fly"


def fly_animal(animals: Iterable[Animal]):
    for animal in animals:
        animal.fly()

当我们执行fly_animal时，就会抛出TypeError的错误。此时Animal抽象类是一个胖类，违法了ISP原则。

Optimize

• 将Animal抽象类分解为三个新抽象类，FlyingAnimal, TalkingAnimal, RunningAnimal, 底层代码按需继承。

#good
class FlyingAnimal(metaclass=ABCMeta):

    @abstractclassmethod
    def fly(self):
        pass


class RunningAnimal(metaclass=ABCMeta):

    @abstractclassmethod
    def run(self):
        pass


class TalkingAnimal(metaclass=ABCMeta):

    @abstractclassmethod
    def talk(self):
        pass


class Dog(RunningAnimal,TalkingAnimal):

    def run(self):
        return "Dog Running"

    def talk(self):
        return "Dog Speaking"


class Bird(FlyingAnimal, TalkingAnimal):

    def talk(self):
        return "Bird Speaking"

    def fly(self):
        return "Bird fly"


def fly_animal(animals: Iterable[FlyingAnimal]):
    for animal in animals:
        print(animal.fly())

Conclusion

• 接口隔离原则看似和单一职责原则相似，单一职责原则是针对模块，类，方法的设计。接口隔离原则更注重在调用者的角度，按需提供接口。
• 写更小的类，大多数情况下是个好主意。
• 违反ISP原则也可能会违反LSP原则和SRP原则。
• 当子类重写了一个不需要的方法时，很可能违反了ISP原则。

DIP 依赖倒置原则

• 程序中所有的依赖都应该终止于抽象类或接口。
• 任何类都不应该从具体类派生。
• 任何方法都不易应该重写它的任何基类已经实现了的方法。
• 高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖于抽象。

首先看一个违反DIP原则的例子：

class Lamp:
    def turn_on(self):
        print("turn on the lamp")
    
    def turn_off(self):
        print("turn off the lamp")


class Button():

    def __init__(self) -> None:
        self.lamp = Lamp()
    
    def turn_on(self):
        return self.lamp.turn_on()

    def turn_off(self):
        return self.lamp.turn_off()

当有一天，button需要控制televsion时，就需要修改Button类。Button和Lamp 具有强耦合关系。所以，当Lamp变动时，会影响到Button类。违法了DIP原则的高层模块依赖于底层模块。

Optimize

定义一个抽象类ElectricAppliance Button 和 Lamp 都依赖这个抽象类。 解决了Button和Lamp 具有强耦合的问题。

class ElectricAppliance(metaclass=ABCMeta):

    @abstractmethod
    def turn_on(self):
        pass

    @abstractmethod
    def turn_off(self):
        pass


class Lamp(ElectricAppliance):
    def turn_on(self):
        print("turn on the lamp")

    def turn_off(self):
        print("turn off the lamp")


class Television(ElectricAppliance):
    def turn_on(self):
        print("turn on the televison")

    def turn_off(self):
        print("turn off the televison")


class Button:

    def __init__(self, electric_appliance: ElectricAppliance) -> None:
        self.electric_appliance = electric_appliance

    def turn_on(self):
        self.electric_appliance.turn_on()

    def turn_off(self):
        self.electric_appliance.turn_off()

Conclusion

• 要确定代码是否违反了DIP原则，需要观察一个类中是否嵌入了调用其他类或函数。如果是，那么很可能是违反了DIP原则。