Что такое принцип solid
Принципы SOLID в картинках
Если вы знакомы с объектно-ориентированным программированием, то наверняка слышали и о принципах SOLID. Эти пять правил разработки ПО задают траекторию, по которой нужно следовать, когда пишешь программы, чтобы их проще было масштабировать и поддерживать. Они получили известность благодаря программисту Роберту Мартину.
В Сети множество отличных статей, где рассказывается о принципах SOLID, но иллюстрированных среди них мне практически не попадалось. Из-за этого таким людям со склонностью к визуальному восприятию информации – таким, как я – бывает сложно схватывать суть и не отвлекаться.
Основная цель этой статьи – лучше усвоить принципы SOLID через отрисовку иллюстраций, а также определить назначение каждого принципа. Дело в том, что некоторые из принципов кажутся похожими, но функции выполняют разные. Может получиться так, что одному принципу следуешь, а другой при этом нарушаешь, хотя с виду особой разницы между ними нет.
Чтобы проще читалось, я упоминаю здесь только классы, однако всё сказанное в статье применимо также к функциям, методам и модулям, так что имейте это в виду.
Принципы SOLID
S – Single Responsibility (Принцип единственной ответственности)
Каждый класс должен отвечать только за одну операцию.
Если класс отвечает за несколько операций сразу, вероятность возникновения багов возрастает – внося изменения, касающиеся одной из операций вы, сами того не подозревая, можете затронуть и другие.
Принцип служит для разделения типов поведения, благодаря которому ошибки, вызванные модификациями в одном поведении, не распространялись на прочие, не связанные с ним типы.
O — Open-Closed (Принцип открытости-закрытости)
Классы должны быть открыты для расширения, но закрыты для модификации.
Когда вы меняете текущее поведение класса, эти изменения сказываются на всех системах, работающих с данным классом. Если хотите, чтобы класс выполнял больше операций, то идеальный вариант – не заменять старые на новые, а добавлять новые к уже существующим.
Принцип служит для того, чтобы делать поведение класса более разнообразным, не вмешиваясь в текущие операции, которые он выполняет. Благодаря этому вы избегаете ошибок в тех фрагментах кода, где задействован этот класс.
L — Liskov Substitution (Принцип подстановки Барбары Лисков)
Если П является подтипом Т, то любые объекты типа Т, присутствующие в программе, могут заменяться объектами типа П без негативных последствий для функциональности программы.
В случаях, когда класс-потомок не способен выполнять те же действия, что и класс-родитель, возникает риск появления ошибок.
Если у вас имеется класс и вы создаете на его базе другой класс, исходный класс становится родителем, а новый – его потомком. Класс-потомок должен производить такие же операции, как и класс-родитель. Это называется наследственностью.
Необходимо, чтобы класс-потомок был способен обрабатывать те же запросы, что и родитель, и выдавать тот же результат. Или же результат может отличаться, но при этом относиться к тому же типу. На картинке это показано так: класс-родитель подаёт кофе (в любых видах), значит, для класса-потомка приемлемо подавать капучино (разновидность кофе), но неприемлемо подавать воду.
Если класс-потомок не удовлетворяет этим требованиям, значит, он слишком сильно отличается от родителя и нарушает принцип.
Принцип служит для того, чтобы обеспечить постоянство: класс-родитель и класс-потомок могут использоваться одинаковым образом без нарушения работы программы.
I — Interface Segregation (Принцип разделения интерфейсов)
Не следует ставить клиент в зависимость от методов, которые он не использует.
Когда классу приходится производить действия, не несущие никакой реальной пользы, это выливается в пустую трату ресурса, а в случае, если класс выполнять эти действия не способен, ведёт к возникновению багов.
Класс должен производить только те операции, которые необходимы для осуществления его функций. Все другие действия следует либо удалить совсем, либо переместить, если есть вероятность, что они понадобятся другому классу в будущем.
Принцип служит для того, чтобы раздробить единый набор действий на ряд наборов поменьше – таким образом, каждый класс делает то, что от него действительно требуется, и ничего больше.
D — Dependency Inversion (Принцип инверсии зависимостей)
Модули верхнего уровня не должны зависеть от модулей нижнего уровня. И те, и другие должны зависеть от абстракций. Абстракции не должны зависеть от деталей. Детали должны зависеть от абстракций.
Для начала объясню термины, которые здесь применяются, простыми словами.
Модули (или классы) верхнего уровня = классы, которые выполняют операцию при помощи инструмента
Модули (или классы) нижнего уровня = инструменты, которые нужны для выполнения операций
Абстракции – представляют интерфейс, соединяющий два класса
Детали = специфические характеристики работы инструмента
Согласно данному принципу, класс не должен соединяться с инструментом, который применяет для выполнения операции. Вместо этого он должен быть соединён с интерфейсом, который поможет установить связь между инструментом и классом.
Кроме того, принцип гласит, что ни интерфейс, ни класс, не обязаны вникать в специфику работы инструмента. Напротив, это инструмент должен подходить под требования интерфейса.
Этот принцип служит для того, чтобы устранить зависимость классов верхнего уровня от классов нижнего уровня за счёт введения интерфейсов.
Принципы SOLID, о которых должен знать каждый разработчик
Объектно-ориентированное программирование принесло в разработку ПО новые подходы к проектированию приложений. В частности, ООП позволило программистам комбинировать сущности, объединённые некоей общей целью или функционалом, в отдельных классах, рассчитанных на решение самостоятельных задач и независимых от других частей приложения. Однако само по себе применение ООП не означает, что разработчик застрахован от возможности создания непонятного, запутанного кода, который тяжело поддерживать. Роберт Мартин, для того, чтобы помочь всем желающим разрабатывать качественные ООП-приложения, разработал пять принципов объектно-ориентированного программирования и проектирования, говоря о которых, с подачи Майкла Фэзерса, используют акроним SOLID.
Материал, перевод которого мы сегодня публикуем, посвящён основам SOLID и предназначен для начинающих разработчиков.
Что такое SOLID?
Вот как расшифровывается акроним SOLID:
Принцип единственной ответственности
«Одно поручение. Всего одно.» — Локи говорит Скурджу в фильме «Тор: Рагнарёк».
Каждый класс должен решать лишь одну задачу.
Класс должен быть ответственен лишь за что-то одно. Если класс отвечает за решение нескольких задач, его подсистемы, реализующие решение этих задач, оказываются связанными друг с другом. Изменения в одной такой подсистеме ведут к изменениям в другой.
Обратите внимание на то, что этот принцип применим не только к классам, но и к компонентам программного обеспечения в более широком смысле.
Например, рассмотрим этот код:
Как такая структура класса может привести к проблемам?
Если изменится порядок работы с хранилищем данных, используемым приложением, то придётся вносить изменения во все классы, работающие с хранилищем. Такая архитектура не отличается гибкостью, изменения одних подсистем затрагивают другие, что напоминает эффект домино.
Для того чтобы привести вышеприведённый код в соответствие с принципом единственной ответственности, создадим ещё один класс, единственной задачей которого является работа с хранилищем, в частности — сохранение в нём объектов класса Animal :
Вот что по этому поводу говорит Стив Фентон: «Проектируя классы, мы должны стремиться к тому, чтобы объединять родственные компоненты, то есть такие, изменения в которых происходят по одним и тем же причинам. Нам следует стараться разделять компоненты, изменения в которых вызывают различные причины».
Правильное применение принципа единственной ответственности приводит к высокой степени связности элементов внутри модуля, то есть к тому, что задачи, решаемые внутри него, хорошо соответствуют его главной цели.
Принцип открытости-закрытости
Программные сущности (классы, модули, функции) должны быть открыты для расширения, но не для модификации.
Самая главная проблема такой архитектуры заключается в том, что функция определяет то, какой звук издаёт то или иное животное, анализируя конкретные объекты. Функция AnimalSound не соответствует принципу открытости-закрытости, так как, например, при появлении новых видов животных, нам, для того, чтобы с её помощью можно было бы узнавать звуки, издаваемые ими, придётся её изменить.
Добавим в массив новый элемент:
После этого нам придётся поменять код функции AnimalSound :
Как привести функцию AnimalSound в соответствие с принципом открытости-закрытости? Например — так:
Если теперь добавить в массив объект, описывающий новое животное, функцию AnimalSound менять не придётся. Мы привели её в соответствие с принципом открытости-закрытости.
Рассмотрим ещё один пример.
Представим, что у нас есть магазин. Мы даём клиентам скидку в 20%, используя такой класс:
Теперь решено разделить клиентов на две группы. Любимым ( fav ) клиентам даётся скидка в 20%, а VIP-клиентам ( vip ) — удвоенная скидка, то есть — 40%. Для того, чтобы реализовать эту логику, было решено модифицировать класс следующим образом:
Такой подход нарушает принцип открытости-закрытости. Как видно, здесь, если нам надо дать некоей группе клиентов особую скидку, приходится добавлять в класс новый код.
Если решено дать скидку в 80% «супер-VIP» клиентам, выглядеть это должно так:
Как видите, тут используется расширение возможностей классов, а не их модификация.
Принцип подстановки Барбары Лисков
Необходимо, чтобы подклассы могли бы служить заменой для своих суперклассов.
Цель этого принципа заключаются в том, чтобы классы-наследники могли бы использоваться вместо родительских классов, от которых они образованы, не нарушая работу программы. Если оказывается, что в коде проверяется тип класса, значит принцип подстановки нарушается.
Функция нарушает принцип подстановки (и принцип открытости-закрытости). Этот код должен знать о типах всех обрабатываемых им объектов и, в зависимости от типа, обращаться к соответствующей функции для подсчёта конечностей конкретного животного. Как результат, при создании нового типа животного функцию придётся переписывать:
Для того чтобы эта функция не нарушала принцип подстановки, преобразуем её с использованием требований, сформулированных Стивом Фентоном. Они заключаются в том, что методы, принимающие или возвращающие значения с типом некоего суперкласса ( Animal в нашем случае) должны также принимать и возвращать значения, типами которых являются его подклассы ( Pigeon ).
Вооружившись этими соображениями мы можем переделать функцию AnimalLegCount :
Теперь в классе Animal должен появиться метод LegCount :
А его подклассам нужно реализовать этот метод:
В результате, например, при обращении к методу LegCount для экземпляра класса Lion производится вызов метода, реализованного в этом классе, и возвращается именно то, что можно ожидать от вызова подобного метода.
Принцип разделения интерфейса
Создавайте узкоспециализированные интерфейсы, предназначенные для конкретного клиента. Клиенты не должны зависеть от интерфейсов, которые они не используют.
Этот принцип направлен на устранение недостатков, связанных с реализацией больших интерфейсов.
Рассмотрим интерфейс Shape :
Он описывает методы для рисования кругов ( drawCircle ), квадратов ( drawSquare ) и прямоугольников ( drawRectangle ). В результате классы, реализующие этот интерфейс и представляющие отдельные геометрические фигуры, такие, как круг (Circle), квадрат (Square) и прямоугольник (Rectangle), должны содержать реализацию всех этих методов. Выглядит это так:
Как видно, при таком подходе невозможно создать класс, который реализует метод для вывода круга, но не реализует методы для вывода квадрата, прямоугольника и треугольника. Такие методы можно реализовать так, чтобы при их выводе выбрасывалась бы ошибка, указывающая на то, что подобную операцию выполнить невозможно.
В нашем же случае интерфейс Shape решает задачи, для решения которых необходимо создать отдельные интерфейсы. Следуя этой идее, переработаем код, создав отдельные интерфейсы для решения различных узкоспециализированных задач:
Теперь интерфейс ICircle используется лишь для рисования кругов, равно как и другие специализированные интерфейсы — для рисования других фигур. Интерфейс Shape может применяться в качестве универсального интерфейса.
Принцип инверсии зависимостей
Объектом зависимости должна быть абстракция, а не что-то конкретное.
Здесь класс Http представляет собой высокоуровневый компонент, а XMLHttpService — низкоуровневый. Такая архитектура нарушает пункт A принципа инверсии зависимостей: «Модули верхних уровней не должны зависеть от модулей нижних уровней. Оба типа модулей должны зависеть от абстракций».
Класс Http не должен знать о том, что именно используется для организации сетевого соединения. Поэтому мы создадим интерфейс Connection :
Интерфейс Connection содержит описание метода request и мы передаём классу Http аргумент типа Connection :
Перепишем класс XMLHttpService таким образом, чтобы он реализовывал этот интерфейс:
В результате мы можем создать множество классов, реализующих интерфейс Connection и подходящих для использования в классе Http для организации обмена данными по сети:
Итоги
Здесь мы рассмотрели пять принципов SOLID, которых следует придерживаться каждому ООП-разработчику. Поначалу это может оказаться непросто, но если к этому стремиться, подкрепляя желания практикой, данные принципы становятся естественной частью рабочего процесса, что оказывает огромное положительное воздействие на качество приложений и значительно облегчает их поддержку.
Уважаемые читатели! Используете ли вы принципы SOLID в своих проектах?
Простое объяснение принципов SOLID
Принципы SOLID — это стандарт программирования, который все разработчики должны хорошо понимать, чтобы избегать создания плохой архитектуры. Этот стандарт широко используется в ООП. Если применять его правильно, он делает код более расширяемым, логичным и читабельным. Когда разработчик создаёт приложение, руководствуясь плохой архитектурой, код получается негибким, даже небольшие изменения в нём могут привести к багам. Поэтому нужно следовать принципам SOLID.
На их освоение потребуется какое-то время, но если вы будете писать код в соответствии с этими принципами, то его качество повысится, а вы освоите создание хорошей архитектуры ПО.
Чтобы понять принципы SOLID, нужно чётко понимать, как использовать интерфейсы. Если у вас такого понимания нет, то сначала почитайте документацию.
Я буду объяснять SOLID самым простым способом, так что новичкам легче будет разобраться. Будем рассматривать принципы один за другим.
Принцип единственной ответственности (Single Responsibility Principle)
Существует лишь одна причина, приводящая к изменению класса.
Один класс должен решать только какую-то одну задачу. Он может иметь несколько методов, но они должны использоваться лишь для решения общей задачи. Все методы и свойства должны служить одной цели. Если класс имеет несколько назначений, его нужно разделить на отдельные классы.
Приведённый здесь класс нарушает принцип единственной ответственности. Почему он должен извлекать данные из базы? Это задача для уровня хранения данных, на котором данные сохраняются и извлекаются из хранилища (например, базы данных). Это ответственность не этого класса.
Также данный класс не должен отвечать за формат следующего метода, потому что нам могут понадобиться данные другого формата, например, XML, JSON, HTML и т.д.
Код после рефакторинга будет выглядеть так:
Принцип открытости/закрытости (Open-closed Principle)
Программные сущности должны быть открыты для расширения, но закрыты для модификации.
Программные сущности (классы, модули, функции и прочее) должны быть расширяемыми без изменения своего содержимого. Если строго соблюдать этот принцип, то можно регулировать поведение кода без изменения самого исходника.
Как же можно решить поставленную задачу? Смотрите:
Принцип подстановки Барбары Лисков (Liskov Substitution Principle)
Пусть φ(x) — доказуемое свойство объекта x типа T. Тогда φ(y) должно быть верным для объектов y типа S, где S — подтип T.
Функции, использующие указатели ссылок на базовые классы, должны уметь использовать объекты производных классов, даже не зная об этом.
Попросту говоря: подкласс/производный класс должен быть взаимозаменяем с базовым/родительским классом.
Значит, любая реализация абстракции (интерфейса) должна быть взаимозаменяемой в любом месте, в котором принимается эта абстракция. По сути, когда мы используем в коде интерфейсы, то используем контракт не только по входным данным, принимаемым интерфейсом, но и по выходным данным, возвращаемым разными классами, реализующими этот интерфейс. В обоих случаях данные должны быть одного типа.
В этом коде нарушен обсуждаемый принцип и показан способ исправления:
Принцип разделения интерфейса (Interface Segregation Principle)
Нельзя заставлять клиента реализовать интерфейс, которым он не пользуется.
Это означает, что нужно разбивать интерфейсы на более мелкие, лучше удовлетворяющие конкретным потребностям клиентов.
Как и в случае с принципом единственной ответственности, цель принципа разделения интерфейса заключается в минимизации побочных эффектов и повторов за счёт разделения ПО на независимые части.
Принцип инверсии зависимостей (Dependency Inversion Principle)
Высокоуровневые модули не должны зависеть от низкоуровневых. Оба вида модулей должны зависеть от абстракций.
Абстракции не должны зависеть от подробностей. Подробности должны зависеть от абстракций.
Проще говоря: зависьте от абстракций, а не от чего-то конкретного.
Применяя этот принцип, одни модули можно легко заменять другими, всего лишь меняя модуль зависимости, и тогда никакие перемены в низкоуровневом модуле не повлияют на высокоуровневый.
Есть распространённое заблуждение, что «инверсия зависимостей» является синонимом «внедрения зависимостей». Но это разные вещи.
Класс PasswordReminder должен зависеть от абстракций, а не от чего-то конкретного. Но как это сделать? Рассмотрим пример:
Очень простое объяснение принципов SOLID
Disclaimer: Всем можно, ну а я чем хуже?!
SOLID — это набор принципов по организации кода. Фактически они декларируют некие правила, которые помогут вам сохранить свои и чужие нервы и время. А могут и не помочь.
Попробуем разобраться в этих принципах на пальцах, без примеров кода и СМС.
S — Принцип единственной ответственности (Single Responsibility Principle или SRP)
Должна быть одна и только одна причина для изменения класса («A class should have only one reason to change.» Robert C. Martin.)
Представим, что у вас на компе лежит пяток любимых песен, пара фильмов и фотки котиков. Вы валите все это в «Мои документы» и, в целом, радуетесь жизни.
Потом вы качаете еще фильмов, новый альбом любимой группы и десяток новых котиков. В «Моих документах» становится как-то не комфортно и вы раскладываете все по папочкам.
Потом вы подключаете скоростной безлимит, срываетесь с катушек и качаете все серии Симпсонов, полные дискографии любимых групп, а к фоткам котиков добавляются фотки из поездки на рыбалку с друзьями. Папочки начинают ветвиться.
И что мы тут имеем?
Какие можно сделать выводы?
O — Принцип открытости/закрытости (Open-closed Principle или OCP)
Программные сущности (классы, модули, функции и т.п.) должны быть открыты для расширения, но закрыты для изменения («Software entities (classes, modules, functions, etc.) should be open for extension, but closed for modification.» Bertrand Meyer)
Вернемся к тому шагу нашей истории, когда вы подключили скоростной безлимит. Допустим, что в первую очередь вы накачали всевозможных фильмом про сантехников кинокомпании Private и, так как они все были про сантехников, создали папку «/Видео/Про сантехников/».
Через некоторое время вы скачали еще фильмов этой студии, но уже про доставку пиццы. Мало того, ваша новая девушка написала вам СМС «Я скачала фильм „Афоня“ и сохранила его в папку /Видео/Про сантехников/, ок?». И вроде бы все верно — про сантехника, но есть нюанс.
И тут вам становится понятно, что изменение функциональности невозможно без модификации уже существующей структуры папок(классов), а это явное нарушение принципа OCP.
Как в этом случае надо было сделать? Очень просто — изначально спроектировать систему таким образом, чтобы новый функционал не требовал изменения старого кода. Т.е. не хардкодить папку «../Про сантехников/», надеясь, что в будущем там только про них и будет, а повысить уровень абстракции до «../Студия Private/» и спокойно скармливать ей и сантехников, и разносчиков пиццы, и прочая-прочая…
А для Афони создать новый класс, например «../Мосфильм/», расширив класс «/Видео/»
L — Принцип подстановки Барбары Лисков (Liskov Substitution Principle или LSP)
Объекты в программе должны быть заменяемыми на экземпляры их подтипов без изменения правильности выполнения программы.
Ну тут совсем просто.
Для объяснения давайте обратимся к милоте и няшности, а конкретно к папке «/Фото/Котики/».
Котиков мы любим и фотографий собрано у нас очень много.
Бывает даже прямо запускаем слайдшоу по всей корневой папке и любуемся. И вот, в один прекрасный момент, когда вы уже практически достигли нирваны, на экран выводится:
Невозможно отобразить файл «/Фото/Котики/Книги/Кот в сапогах.fb2»
Как потом выяснилось, ваша подруга решила поднять градус милоты и отнаследовала «Котики» новой подпапкой «Книги», грубо нарушив LSP, так как подкласс «Книги» ну никак нельзя использовать вместо базового класса «Фото».
I — Принцип разделения интерфейса (Interface Segregation Principle или ISP)
Клиенты не должны зависеть от методов, которые они не используют.
Вот тут с папочками и файликами объяснить будет сложно, но я попробую — не судите строго за некоторую натянутость.
Вам надоел стандартный проигрыватель музыки и вы решили скачать новый, супермодный и хайповый. Он даже умеет отображать обложку музыкального альбома и выводить субтитры исполняемой песни. Но вот беда, если в папке альбома отсутствуют файлы «cover.jpg» и «subtitles.txt», то проигрыватель падает с ошибкой. И вот вы, проклиная все на свете, начинаете создавать во всех подпапках с альбомами эти файлы заглушки.
Т.е., проводя некорректные аналогии, мы обязали класс «Музыка» и всех его наследников реализовывать интерфейс «AudioCoverSubtitles». При этом, полностью этот интерфейс реализует только альбом «Waiting for the Sun», альбом «The best of The Doors» реализует только часть «Audio+Cover», а все остальные только «Audio».
Это подводит нас к мысли, что имеет смысл разделить толстый интерфейс «AudioCoverSubtitles» на три небольших «Audio», «Cover» и «Subtitles» и применять их только там, где они действительно нужны.
D — Принцип инверсии зависимостей (dependency inversion principle или DIP)
Модули верхних уровней не должны зависеть от модулей нижних уровней. Оба типа модулей должны зависеть от абстракций.
Абстракции не должны зависеть от деталей. Детали должны зависеть от абстракций.
Модуль «The Doors», его подмодуль «Waiting for the Sun» (и все остальные), зависят от верхнеуровневой абстракции «Музыка», которая определяет их реализацию (то, что внутри у них музыка).
Допустим, мы решили разделить хранение музыки по принципу сжатия — «с потерями» и «без потерь». Это детали, которые объединяет зависимость от абстракции «Музыка» — в них, в конечном итоге, должна таки быть музыка. При этом сама абстракция «Музыка» не зависит от этих деталей. Ей все равно, с потерями там музыка или без них — она как была музыкой, так ей и остается.