C# 实例解释面向对象编程中的单一功能原则(示例代码)

在面向对象编程领域中，单一功能原则（Single responsibility principle）规定每个类都应该有且仅有一个单一的功能，并且该功能应该由这个类完全封装起来。

在面向对象编程中，SOLID 是五个设计原则的首字母缩写，旨在使软件设计更易于理解、灵活和可维护。这些原则是由美国软件工程师和讲师罗伯特·C·马丁(Robert Cecil Martin)提出的许多原则的子集，在他2000年的论文《设计原则与设计模式》中首次提出。

SOLID 原则包含：

• S：单一功能原则（single-responsibility principle）
• O：开闭原则（open-closed principle）
• L：里氏替换原则（Liskov substitution principle）
• I：接口隔离原则（Interface segregation principle）
• D：依赖反转原则（Dependency inversion principle）

本文我们来介绍单一功能原则。

单一功能原则

在面向对象编程领域中，单一功能原则（Single responsibility principle）规定每个类都应该有且仅有一个单一的功能，并且该功能应该由这个类完全封装起来。所有它的（这个类的）服务都应该严密的和该功能平行（功能平行，意味着没有依赖）。

这个术语由罗伯特·C·马丁（Robert Cecil Martin）在他的《敏捷软件开发，原则，模式和实践》一书中的一篇名为『面向对象设计原则』的文章中提出。马丁表述该原则是基于《结构化分析和系统规格》一书中的内聚原则（Cohesion）之上的。

马丁把功能（职责）定义为：“改变的原因”，并总结出一个类或者模块应该有且只有一个改变的原因。一个具体的例子就是，想象有一个用于编辑和打印报表的模块。这样的一个模块存在两个改变的原因。第一，报表的内容可以改变（编辑）。第二，报表的格式可以改变（打印）。这两方面的改变会因为完全不同的起因而发生：一个是本质的修改，一个是表面的修改。单一功能原则认为这两方面的问题事实上是两个分离的功能，因此他们应该分离在不同的类或者模块里。把具有不同的改变原因的事物耦合在一起的设计是糟糕的。

保持一个类专注于单一功能点的一个重要的原因是，它可以使类更加的健壮。回顾上面的例子，如果有一个对于报表“编辑”流程的修改，那么将存在极大的危险性，因为假设这两个功能存在于同一个类中，修改报表的“编辑”流程会导致公共状态或者依赖关系的改变，从而可能使“打印”功能的代码无法正常运行。

C# 示例

例如，考虑这样一个应用程序，它接受一组形状（圆形和正方形），并计算该列表中所有形状的面积之和。

首先，创建形状类，并通过构造函数设置所需的参数。

对于正方形，需要知道它的边长：

/// <summary>
/// 正方形
/// </summary>
class Square
{
    public Square(double length)
    {
        SideLength = length;
    }
    public double SideLength { get; init; }
}

对于圆形，需要它的半径：

/// <summary>
/// 圆形
/// </summary>
class Circle
{
    public Circle(double radius)
    {
        Radius = radius;
    }

    public double Radius { get; init; }
}

接下来，创建 AreaCalculator 类，然后编写逻辑以计算所有提供的形状的面积。正方形的面积是用边长的平方计算的，圆的面积由 π 乘以半径的平方来计算的。

糟糕的示范

class AreaCalculator
{
    private List<object> _shapes;

    public AreaCalculator(List<object> shapes)
    {
        _shapes = shapes;
    }
    /// <summary>
    /// 计算所有形状的面积总和
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public double Sum()
        List<double> areas = new List<double>();
        foreach (var item in _shapes)
        {
            if (item is Square s)
            {
                areas.Add(Math.Pow(s.SideLength, 2));
            }
            else if (item is Circle c)
                areas.Add(Math.PI * Math.Pow(c.Radius, 2));
        }
        return areas.Sum();
    public string Output()
        return $"Sum of the areas of provided shapes: {Sum()}";
}

要使用 AreaCalculator 类，您需要实例化这个类，并传入一个形状列表，并显示其输出。

在此，我们传入一个三个形状的列表：一个半径为 2 的圆，一个边长为 5 的正方形，一个边长为 6 的正方形。

static void Main(string[] args)
{
    var shapes = new List<object> {
            new Circle(2),
            new Square(5),
            new Square(6)
    };

    var areas = new AreaCalculator(shapes);
    Console.WriteLine(areas.Output());
}

运行程序，您会看到如下的输出：

Sum of the areas of provided shapes: 73.56637061435917

输出正常，但这并不符合单一功能原则。因为 AreaCalculator 类既计算了所有形状的面积之和，又处理了输出数据的格式。

考虑这样一个场景，假如想要输出转换为另一种格式呢，如 JSON。我们就需要去修改 AreaCalculator 类，这样本来是为了修改输出数据的格式，却可能会影响到计算的逻辑，这明显违反了单一功能原则。

正确的示范

AreaCalculator 类应该只关心计算提供的形状的面积之和，不应该关心输出什么格式。

下面我们来做一些修改，删除 AreaCalculator 类中的 Output 方法：

class AreaCalculator
{
    private List<object> _shapes;

    public AreaCalculator(List<object> shapes)
    {
        _shapes = shapes;
    }
    /// <summary>
    /// 计算所有形状的面积总和
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public double Sum()
        List<double> areas = new List<double>();
        foreach (var item in _shapes)
        {
            if (item is Square s)
            {
                areas.Add(Math.Pow(s.SideLength, 2));
            }
            else if (item is Circle c)
                areas.Add(Math.PI * Math.Pow(c.Radius, 2));
        }
        return areas.Sum();
}

并新增一个 SumCalculatorOutputter 类来专门处理输出格式的逻辑：

class SumCalculatorOutputter
{
    protected AreaCalculator _calculator;

    public SumCalculatorOutputter(AreaCalculator calculator)
    {
        _calculator = calculator;
    }
    public string String()
        return $"Sum of the areas of provided shapes: {_calculator.Sum()}";
    public string JSON()
        var data = new { Sum = _calculator.Sum() };
        return System.Text.Json.JsonSerializer.Serialize(data);
}

此时我们再来修改一下 Main 中的调用：

static void Main(string[] args)
{
    var shapes = new List<object> {
            new Circle(2),
            new Square(5),
            new Square(6)
    };

    var areaCalculator = new AreaCalculator(shapes);
    var outputer = new SumCalculatorOutputter(areaCalculator);
    Console.WriteLine(outputer.JSON());
    Console.WriteLine(outputer.String());
}

运行程序，输出结果如下：

{"Sum":73.56637061435917}
Sum of the areas of provided shapes: 73.56637061435917

现在，AreaCalculator 类处理计算逻辑，SumCalculatorOutputter 类处理输出格式，它们各司其职，遵循了单一功能原则。

总结

本文我介绍了 SOLID 原则中的单一功能原则（single-responsibility principle），并通过 C# 代码示例简明地诠释了它的含意和实现，希望对您有所帮助。

参考文档：

https://www.digitalocean.com/community/conceptual_articles/s-o-l-i-d-the-first-five-principles-of-object-oriented-design

到此这篇关于C# 实例解释面向对象编程中的单一功能原则的文章就介绍到这了,更多相关C# 面向对象编程原则内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！