SOLID 原则 - 使用 Python 中的真实示例进行解释

坚实的原则（图片来源：freecodecamp）

solid 是一个缩写词，代表五项设计原则，可帮助开发人员创建更易于维护、更易于理解和更灵活的软件。让我们用一个相关的例子来逐一介绍。

1. s - 单一责任原则 (srp)

定义：一个类应该只有一个改变的理由，这意味着它应该只有一项工作或职责。

说明：假设您有一个工具结合了两种不同的任务，例如发送电子邮件和处理付款。如果这两个任务都由一个类处理，则电子邮件功能的更改可能会破坏付款功能。通过将这些职责分开，您可以最大限度地减少某一部分的变化影响另一部分的风险。

示例：

class emailsender:
    def send_email(self, recipient, subject, body):
        # code to send an email
        print(f"sending email to {recipient} with subject '{subject}'")

class paymentprocessor:
    def process_payment(self, amount):
        # code to process payment
        print(f"processing payment of amount {amount}")

# usage
email_sender = emailsender()
email_sender.send_email("user@example.com", "hello!", "welcome to our service!")

payment_processor = paymentprocessor()
payment_processor.process_payment(100)

在此示例中，emailsender 仅负责发送电子邮件，而 paymentprocessor 仅负责处理付款。他们每个人都有一个职责，使代码更容易维护和扩展。

2. o - 开闭原理 (ocp)

定义：软件实体（如类、模块、函数等）应该对扩展开放，但对修改关闭。

解释：这意味着您应该能够向类添加新功能或行为，而无需更改其现有代码。假设您有一个支付处理系统，并且您想要添加一种新的支付方式。您应该能够在不修改现有代码的情况下添加这个新方法。

示例：

from abc import abc, abstractmethod

class paymentprocessor(abc):
    @abstractmethod
    def process_payment(self, amount):
        pass

class creditcardpayment(paymentprocessor):
    def process_payment(self, amount):
        print(f"processing credit card payment of {amount}")

class paypalpayment(paymentprocessor):
    def process_payment(self, amount):
        print(f"processing paypal payment of {amount}")

# usage
payments = [creditcardpayment(), paypalpayment()]
for payment in payments:
    payment.process_payment(100)

在此示例中，paymentprocessor 是一个抽象类，它定义了用于处理付款的合约。 creditcardpayment 和 paypalpayment 是扩展此类的实现。如果您想添加新的付款方式，您可以创建一个扩展 paymentprocessor 的新类，而无需修改现有类。

3. l - 里氏替换原理 (lsp)

定义：子类型必须可以替换其基本类型，而不改变程序的正确性。

解释：这意味着超类的对象应该可以用子类的对象替换，而不影响程序的功能。例如，如果您有一个适用于 vehicle 类的函数，那么它也应该适用于任何子类，例如 car 或 bike。

示例：

class vehicle:
    def start_engine(self):
        pass

class car(vehicle):
    def start_engine(self):
        print("starting car engine...")

class bike(vehicle):
    def start_engine(self):
        print("starting bike engine...")

# usage
def start_vehicle_engine(vehicle: vehicle):
    vehicle.start_engine()

car = car()
bike = bike()

start_vehicle_engine(car)  # should work fine
start_vehicle_engine(bike) # should work fine

在此示例中，car 和 bike 是 vehicle 的子类。 start_vehicle_engine 函数可以与 vehicle 的任何子类一起工作，而不需要知道子类的具体情况，这符合里氏替换原则。

4. i - 接口隔离原则 (isp)

定义：客户端不应该被迫实现它不使用的接口。与一个胖接口不同，许多基于方法组的小接口是首选，每个方法服务一个子模块。

说明：这一原则建议您应该为每种类型的客户端创建特定的接口，而不是一个通用的接口。想象一下您有一台可以打印、扫描和传真的机器。如果您有单独的机器只能打印或扫描，则不应强迫它们实现不使用的功能。

示例：

from abc import abc, abstractmethod

class printer(abc):
    @abstractmethod
    def print(self, document):
        pass

class scanner(abc):
    @abstractmethod
    def scan(self, document):
        pass

class multifunctiondevice(printer, scanner):
    def print(self, document):
        print(f"printing: {document}")

    def scan(self, document):
        print(f"scanning: {document}")

# usage
mfd = multifunctiondevice()
mfd.print("document 1")
mfd.scan("document 2")

这里，打印机和扫描仪是独立的接口。 multifunctiondevice 实现了两者，但如果存在仅打印或仅扫描的设备，则它们不需要实现不使用的方法，遵循接口隔离原则。

5. d - 依赖倒置原则（dip）

定义：高层模块不应该依赖于低层模块。两者都应该依赖于抽象（例如接口）。抽象不应该依赖于细节。细节应该取决于抽象。

说明：高级类不应直接依赖于低级类，而应依赖于接口或抽象类。这允许更大的灵活性和更容易的维护。

示例：

from abc import ABC, abstractmethod

class NotificationService(ABC):
    @abstractmethod
    def send(self, message):
        pass

class EmailNotificationService(NotificationService):
    def send(self, message):
        print(f"Sending email: {message}")

class SMSNotificationService(NotificationService):
    def send(self, message):
        print(f"Sending SMS: {message}")

class NotificationSender:
    def __init__(self, service: NotificationService):
        self.service = service

    def notify(self, message):
        self.service.send(message)

# Usage
email_service = EmailNotificationService()
sms_service = SMSNotificationService()

notifier = NotificationSender(email_service)
notifier.notify("Hello via Email")

notifier = NotificationSender(sms_service)
notifier.notify("Hello via SMS")

在此示例中，notificationsender 依赖于notificationservice 抽象，而不是依赖于像emailnotificationservice 或smsnotificationservice 这样的具体类。这样，您就可以在不更改notificationsender类的情况下切换通知服务。

结论

• 单一职责原则（srp）：一个类应该做一件事，并且把它做好。

• 开闭原则（ocp）：类应该对扩展开放，但对修改关闭。

• 里氏替换原则（lsp）：子类应该可以替换它们的基类。

• 接口隔离原则 (isp)：任何客户端都不应被迫依赖于它不使用的方法。

• 依赖倒置原则（dip）：依赖于抽象，而不是具体实现。

通过遵循这些 solid 原则，您可以创建更易于理解、维护和扩展的软件。

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