面向对象设计 SOLID 原则和python例子

面向对象设计 SOLID 原则共有 5 个，它们分别是：

1、依赖倒置原则 (Dependency Inversion Principle, DIP) ：指的是高层模块 (high-level modules) 不应该依赖于低层模块 (low-level modules), 两者都应该依赖于抽象 (abstractions)。也就是说要以抽象为基础，而不是以实现为基础来进行编程

我个人的理解是，要先抽象出一个接口类，然后接口不实现具体的实现，但要定义输入的参数，起到让调用的人作为参考的作用。


# 一个例子：class LowLevelModule:def low_level_method(self):passclass HighLevelModule:def __init__(self):self.low_level_module = LowLevelModule()def high_level_method(self):self.low_level_module.low_level_method()# 在上面的代码中，HighLevelModule 类依赖于 LowLevelModule 类。为了遵循 DIP，我们应该将这种依赖关系反转过来：class LowLevelModule:def low_level_method(self):passclass HighLevelModule:def __init__(self, low_level_module):self.low_level_module = low_level_moduledef high_level_method(self):self.low_level_module.low_level_method()# 在这个例子中，HighLevelModule 类不再依赖于具体的实现类 LowLevelModule，而是依赖于抽象（接口）。

2、里氏替换原则 (Liskov Substitution Principle, LSP) ：指的是如果一个程序中使用的是基类 (base class) 的对象，那么在不改变程序正确性的前提下，这个程序中基类对象的地方都可以使用其子类 (subclass) 对象来替换

我个人的理解是，要能够像调用父类一样调用子类，例如父类有一个方法是怎么调用的，子类也要有这个方法，并且是一样的调用这个方法


# 以下是一个例子：class Shape:def area(self):passclass Rectangle(Shape):def __init__(self, width, height):self.width = widthself.height = heightdef area(self):return self.width * self.heightclass Square(Rectangle):def __init__(self, side):self.width = sideself.height = sidedef calculate_area(shape: Shape) -> float:return shape.area()rectangle = Rectangle(2, 3)
print(calculate_area(rectangle))  # 6square = Square(2)
print(calculate_area(square))  # 4
# 在上面的代码中，我们定义了一个 Shape 类和两个子类 Rectangle 和 Square。
# 这两个子类都可以替换成基类 Shape，并且都可以正常工作。# 在函数 calculate_area 中，我们传入了一个 Shape 类型的参数，这个函数可以处理任何继承
# 自 Shape 的子类，而不需要考虑具体的子类是什么，这就是里氏替换原则的体现。# 里氏替换原则的要求是，子类需要满足的条件是，不破坏父类的约束条件，并且满足自己的约束条件。

3、开放封闭原则 (Open-Closed Principle, OCP) ：指的是一个类或模块应该对扩展开放，对修改封闭。也就是说，当需要新增功能时，应该通过增加新的代码来实现，而不是修改现有的代码。

我个人的理解是：由于一个类可能会被多个地方都使用到，如果随便对这个类进行修改，那么可能很多引用这个类的地方都需要进行修改，这个工作量是很大的，而且还容易没有全部地方都进行修改，从而引发 BUG。因此可以选择对这个类进行继承，将新功能在继承的子类里进行实现。也可以写一个名字跟原来的接口的名字不同的新接口。个人感觉重新写一个新名字的接口的方法更简单，但是如果要增加的新接口很多的话，还是使用子类继承更好。


以下是一个例子：class Shape:def area(self):passclass Rectangle(Shape):def __init__(self, width, height):self.width = widthself.height = heightdef area(self):return self.width * self.heightclass Circle(Shape):def __init__(self, radius):self.radius = radiusdef area(self):return 3.14 * self.radius ** 2class ShapeCalculator:def calculate_area(self, shape):return shape.area()calculator = ShapeCalculator()
rectangle = Rectangle(2, 3)
print(calculator.calculate_area(rectangle)) # 6
circle = Circle(2)
print(calculator.calculate_area(circle)) # 12.56# 在上面的代码中，我们定义了一个基类 Shape， 两个子类 Rectangle 和 Circle。
# 在类 ShapeCalculator 中，我们有一个函数 calculate_area，该函数可以处理任何继承
# 自 Shape 的子类，而不需要考虑具体的子类是什么，这样我们可以在不修改现有代码的情况
# 下新增新的图形类型，这就是开放封闭原则的体现。# 这种设计方式可以保证现有代码不会因新增功能而改变，从而降低维护代码的成本。

4、接口隔离原则 (Interface Segregation Principle, ISP) ：指的是客户端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上。

我个人的理解是：假如一个接口类有很多的接口，但是实现这个接口类的具体实现类，其实有很多接口是使用不到的，因此如果要一一实现这些接口，既无法具体实现，也没有必要耗费大量的时间精力去实现这些接口，因此需要将接口类尽量分成多个接口类，每个接口类都比较精简，这样在实现的时候，就可以避免要去实现它不需要实现的接口。


# 以下是一个例子:class Document:def __init__(self, content):self.content = contentdef save(self):passdef print(self):passdef fax(self):passclass SimplePrinter:def print(self, document: Document):print(document.content)class Fax:def fax(self, document: Document):print(f"Faxing the document: {document.content}")# 在上面的代码中，我们定义了一个Document类，它包含三个方法：save,print,fax。
# 然而，并不是所有的客户端都需要使用这三个方法，比如 SimplePrinter只需要使用
#  print 方法，而不需要使用 save, fax 方法，这样就导致了客户端不必要的依赖。# 为了遵循 ISP，我们应该将这些接口拆分为更小的接口，比如：class PrintableDocument(ABC):@abstractmethoddef print(self):passclass SaveableDocument(ABC):@abstractmethoddef save(self):passclass FaxableDocument(ABC):@abstractmethoddef fax(self):passclass Document(PrintableDocument, SaveableDocument, FaxableDocument):def __init__(self, content):self.content = contentdef save(self):passdef print(self):print(self.content)def fax(self):passclass SimplePrinter:def print(self, document: PrintableDocument):print(document.content)class Fax:def fax(self, document: FaxableDocument):print(f"Faxing the document: {document.content}")
# 这样，我们就将 Document 类拆分成了三个更小的接口

5、单一职责原则：单一职责原则 (Single Responsibility Principle, SRP) ：指的是一个类应该只有一个引起它变化的原因。也就是说，一个类只应该有一个负责其中的逻辑。

我个人的理解是：如果一个类需要实现多个职责，那么可能会导致这个类的功能不够明确，在实现时会增加很多不该在这个类中实现的功能。


# 以下是一个例子:class Employee:def __init__(self, name, salary):self.name = nameself.salary = salarydef increase_salary(self, percent):self.salary = self.salary + (self.salary * percent) / 100def save_employee(self):# save the employee to the databasepassdef send_email(self):# send email to the employeepass
# 在上面的代码中，类 Employee 负责三种职责：薪水计算、存储到数据库和发送电子邮件。# 为了遵循 SRP，我们应该将这些职责拆分成不同的类，比如：class Employee:def __init__(self, name, salary):self.name = nameself.salary = salaryclass SalaryCalculator:def increase_salary(self, employee: Employee, percent):employee.salary = employee.salary + (employee.salary * percent) / 100class EmployeeDB:def save_employee(self, employee: Employee):# save the employee to the databasepassclass EmailSender:def send_email(self, employee: Employee):# send email to the employeepass# 这样每个类只负责一个单一的职责，使得类更加简单，容易维护，这就是单一职责原则的体现。

这几个原则之间有没有互相矛盾的地方？

这几个原则之间并不会互相矛盾，而是相互补充和协同工作。

依赖倒置原则 (Dependency Inversion Principle, DIP) 强调的是高层模块不应该依赖低层模块，

而是应该依赖抽象。这个原则可以和单一职责原则 (Single Responsibility Principle, SRP) 协同工作，

因为如果低层模块有多个职责，那么就会增加高层模块的依赖。

里氏替换原则 (Liskov Substitution Principle, LSP) 强调的是子类应该能够替换父类。这个原则可以和

开放封闭原则 (Open-Closed Principle, OCP) 协同工作，因为如果父类是可扩展的，那么子类就可以扩展

父类的行为，而不会破坏程序的正确性。

接口隔离原则 (Interface Segregation Principle, ISP) 强调的是客户端不应该依赖它不需要的接口。

这个原则可以和依赖倒置原则 (Dependency Inversion Principle, DIP) 协同工作，因为如果低层模块的

接口不是客户端需要的，那么就会增加高层模块的依赖。

总之，这些原则是相互补充和协同工作的，它们的目的都是为了让代码更加简单，易于维护和扩展。遵循这些