Python3萌新入门笔记（29）_python饲养员喂养动物案例

这一篇内容，我们一起来了解什么是通常所说的面向对象程序设计（Object Oriented Programming）。

在之前几篇教程中，我们了解了类的定义和使用方法。

在类的使用中，包含了多态、封装和继承这三个显著的特点。

这三个特点，其实就是面向对象程序设计的三大特性。

它们让程序设计变得灵活，增加了程序的安全性（封装），具有良好的重用性（继承），易于扩展和维护（多态）。

如果大家对面向过程的程序设计做一些了解，会对这三个特性有更深的体会。

面向过程的程序设计，是通过一个main()函数定义程序要完成的任务，由一系列的子函数组成。

这些子函数，还会细化成更多的子函数，以满足程序的各种需求。

重复这样的过程，就是面向过程的程序设计。

所以，面向过程的程序设计把整个程序视为一系列的命令集合，即一组函数的顺序执行。函数细分为子函数，是为了降低程序的复杂度。

这就好像我们书写论文，main()函数就是提纲，子函数就是论题，子函数细分的子函数就是论点，数据是论据，而函数的计算过程就论证的过程。

论文的这种结构，逐层划分，逐一解决，就是为了降低整篇论文的复杂程度。

如果不进行划分，直接从头至尾书写论文，很显然难以完成。

这样的程序设计易于理解，但是，很明显具有很高的关联性。

在程序设计的过程中，一旦发生需求的改变，很难应对。

而面向对象的程序设计，不是以过程为导向，而是以对象为导向。

程序设计中，会划分出不同的类，通过类来创建出对象。

整个程序是一系列对象的集合，每个对象都可以接收其他对象发过来的消息，并处理这些消息，程序的执行过程就是一系列消息在各个对象之间传递和处理。

面向对象程序设计的优势还体现在它的五个基本原则。

单一职责原则：SRP(Single Responsibility Principle)

是指一个类的功能要单一，具备的特性与类要具有很高的相关性，降低了代码的复杂程度。

开放封闭原则：OCP(Open－Close Principle)

功能模块在扩展性方面应该是开放的而在修改性方面应该是封闭的。

例如饲养动物的示例中，允许增加喂养其它动物的功能，也就是说对于扩展是开放的。

而增加喂养其他动物的功能时，不用对已有的喂养函数进行修改，这是说明对于修改是封闭的。

里氏替换原则：LSP (the Liskov Substitution Principle)

子类应当可以替换超类并出现在超类能够出现的任何地方。

就像俗语说的“龙生龙，凤生凤，老鼠儿子会打洞”，需要打洞了，不管是老鼠爸爸还是老鼠儿子都能胜任。

但是，网上有一个关于鸟类的例子。

在生物学中，企鹅属于鸟类；不过，企鹅不会飞。

这特么就尴尬了。如果我们为鸟类定义飞的方法，企鹅这个子类无法实现这个方法。

很明显这违反了里氏替换原则。

那么是如何解决的呢？

解决方案是：鸟类不包含会飞的方法，而是定义一个会飞的鸟的子类和一个企鹅类，这样飞的方法就变成了子类的扩展，企鹅类也就不需要对飞的方法进行处理，不再违反里氏替换原则。

依赖倒置原则：DIP(the Dependency Inversion Principle)

具体依赖抽象，上层依赖下层。这样的依赖是倒置的。

例如饲养动物的示例中：

• 各个动物类具有抽象的特性，饲养员类是具体的实现。
• 进食是饲养的前提条件，没有进食无需饲养，所以动物类是下层，饲养类是上层。
• 在饲养动物这一功能的具体实现时，依赖的是各个动物进食的特性，没有进食特性，则无法实现饲养。（具体依赖抽象）
• 并且，只要具备进食特性的动物，都可以被饲养，而不是，依赖新增一种饲养方法。（底层不能依赖上层）

接口分离原则：ISP(the Interface Segregation Principle)

接口分离原则指在设计时，多个专用接口优于一个单一的通用接口。每个接口可以为单一的客户程序调用；这样能够避免，当某个客户程序需求变化时，对其他客户程序带来影响。

这就好像家里的电源，如果总电源上，通过一个插座（通用接口）连接所有的电器，当一个电器发生故障需要维修，就需要断掉总电源，导致其他电器受到影响。

那么，如果总电源上分出多个插座，每个插座（专用接口）连接一个电器，维修的时候，就只需要断掉专用的插座电源，其他电器依然能够正常工作。

另外，在程序设计中，大家还要理解耦合和内聚的概念。

这里，我偷懒引用网络上的一段内容，大家自行理解。

耦合

简单地说，软件工程中对象之间的耦合度就是对象之间的依赖性。指导使用和维护对象的主要问题是对象之间的多重依赖性。对象之间的耦合越高，维护成本越高。因此对象的设计应使类和构件之间的耦合最小。

耦合可以分为以下几种，它们之间的耦合度由高到低排列如下：

• 内容耦合。当一个模块直接修改或操作另一个模块的数据时，或一个模块不通过正常入口而转入另一个模块时，这样的耦合被称为内容耦合。内容耦合是最高程度的耦合，应该避免使用之。
• 公共耦合。两个或两个以上的模块共同引用一个全局数据项，这种耦合被称为公共耦合。在具有大量公共耦合的结构中，确定究竟是哪个模块给全局变量赋了一个特定的值是十分困难的。
• 外部耦合 。一组模块都访问同一全局简单变量而不是同一全局数据结构，而且不是通过参数表传递该全局变量的信息，则称之为外部耦合。
• 控制耦合 。一个模块通过接口向另一个模块传递一个控制信号，接受信号的模块根据信号值而进行适当的动作，这种耦合被称为控制耦合。
• 标记耦合 。若一个模块A通过接口向两个模块B和C传递一个公共参数，那么称模块B和C之间存在一个标记耦合。
• 数据耦合。模块之间通过参数来传递数据，那么被称为数据耦合。数据耦合是最低的一种耦合形式，系统中一般都存在这种类型的耦合，因为为了完成一些有意义的功能，往往需要将某些模块的输出数据作为另一些模块的输入数据。
• 非直接耦合 。两个模块之间没有直接关系，它们之间的联系完全是通过主模块的控制和调用来实现的。

耦合是影响软件复杂程度和设计质量的一个重要因素，在设计上我们应采用以下原则：如果模块间必须存在耦合，就尽量使用数据耦合，少用控制耦合，限制公共耦合的范围，尽量避免使用内容耦合。

内聚与耦合

内聚：标志一个模块内各个元素彼此结合的紧密程度，它是信息隐蔽和局部化概念的自然扩展。内聚是从功能角度来度量模块内的联系，一个好的内聚模块应当恰好做一件事。它描述的是模块内的功能联系。

总结

程序讲究的是低耦合，高内聚。

就是同一个模块内的各个元素之间要高度紧密，但是各个模块之间的相互依存度却要不那么紧密。

内聚和耦合是密切相关的，同其他模块存在高耦合的模块意味着低内聚，而高内聚的模块意味着该模块同其他模块之间是低耦合。

在进行软件设计时，应力争做到高内聚，低耦合。

转载自：魔力 • Python » Python3萌新入门笔记（29）