面向可复用的软件构造技术

什么是软件复用

软件复用

软件复用是利用已有的软件组件来实现或更新软件系统的过程。
面向复用编程——开发出可复用的软件。
基于复用编程——利用已有的可复用软件搭建应用系统。

软件复用的好处

降低成本和开发时间。
经过充分测试，可靠，稳定。
标准化，在不同应用中保持一致。

软件复用的代价

为了复用的编程代价高。
利用复用的编程代价也高。

可复用的软件

开发可复用的软件：
开发成本高于一般软件的成本：要有足够高的适应性。
性能差些：针对普适场景，面对具体场景缺乏针对性。
使用已有软件开发：
可复用软件库，对其进行有效管理。
往往无法拿来就用，需要适配。

如何衡量“可复用性”

衡量可复用性

复用的机会有多频繁？复用的场合有多少？
复用的代价有多大——搜索、获取；适配、扩展；实例化；与软件其他部分互连的程度。

可复用性

可复用性意味着需要对以下环节进行明确的管理：构建、打包、分发、安装、配置、部署、维护以及升级相关问题。
高可复用性的软件资产应具备以下特性：
小，简单。
与标准兼容。
灵活可变。
可扩展。
泛型、参数化。
模块化。
变化的局部性。
稳定。
丰富的文档和帮助。

可复用组件的层级与形态

复用的等级

最主要的复用是在代码层面。
但软件构造过程中的任何实体都可能被复用。

代码复用的类型

白盒复用——源代码可见，可修改和扩展。
复制已有代码到正在开发的系统，进行修改。
可定制化程度高。
对其修改增加了软件的复杂度，且需要对其内部充分了解。
黑盒复用——源代码不可见，不能修改。
只能通过API接口来使用，无法修改代码。
简单，清晰。
适应性差。

可复用组件的分发形式

形式——源代码，软件包。
可复用软件组件的来源：
组织的内部代码库(Guava)。
第三方提供的库(Apache)。
语言自身提供的库(JDK)。
代码示例、来自同事、已有系统内的代码、开源软件的代码。

源代码复用

源代码复用——最低级别。
将部分或全部代码复制/粘贴到程序中。
维护问题：需在多个地方修正代码；需处理的代码量太大。
过程出错高风险。
可能需要了解所用软件的工作原理。
需要获取源代码。

模块级复用——类和接口

继承——复用类的方法。
无需编写大量仅用于转发或委派任务的冗余方法。
能更好建立贴近真实世界的概念模型。
需在手写代码前设计好整个继承层级。
继承是“全盘接受”，无法直接取消父类的属性或方法，要防止过度设计。
委派——复用类的方法。
委派：一个对象依赖另一个对象来实现其部分功能。
明智的委派能带来极高的代码复用率。
继承+委派=灵活的复用。

库级复用——API

库——提供复用功能的一组类/方法(APIs)。
框架——可复用的骨架代码，可以被定制开发成应用程序。框架会回调客户端代码。
好的API的特性：
易于学习；易于使用（甚至没有文档）；难以被滥用；易于阅读/理解代码并使用；能满足需求；易于开发；适合受众。

系统级复用——框架

框架——一组具体类、抽象类、及其之间的连接关系。
开发者根据framework的规约，填充自己的代码，形成完整系统。
库VS框架：
库——开发者构造可运行的软件实体，其中涉及到对可复用库的调用。
Framework作为主程序加以执行，执行过程中调用开发者所写的程序。

框架设计：
框架与应用程序的区别——抽象层次不同，不完整性。
框架的分类——白盒框架、黑盒框架。
白盒框架——代码层面的继承进行框架扩展。
黑盒框架——实现特定接口/delegation进行框架扩展。

设计可复用的类

行为子类型化与里氏替换原则 (LSP)

子类型多态——客户端可用统一方法处理不同类型对象。
Python中的类型约束：
方法：子类型可增加方法，但不可删。
抽象类型：子类型需要实现抽象类型中所有未实现的方法。
参数类型：子类型中重写的方法必须有相同类型的返回值或者符合协变 (co-variance) 的子类型返回值。
异常处理：子类型中重写的方法不能抛出额外的异常，抛出相同或符合协变 (co-variance) 规则。

里式替换原则(LSP)：
不变量要保持。
前置条件不能强化。
后置条件不能弱化。
子类型方法参数——逆变。
子类型返回值——协变。
异常类型——协变。

协变：类型转化的方向与继承方向一致。在子类型化关系中，随着父类型向子类型演变（变得越来越具体），相关类型也随之变得更具体。
返回值类型——不变或变得更具体。
异常类型——不变或变得更具体。
逆变：类型转化的方向与继承方向相反。即随着父类型向子类型演变，相关类型反而变得更抽象（Abstract）。
参数类型——要相反的变化，要不变或越来越抽象。

委托与组合

委托：
委托/委派——一个对象请求另一个对象的功能。
委派是复用的一种常见形式。
委派模式——通过运行时动态绑定，实现对其他类中代码的动态复用。

委托与继承的对比：
继承——通过增加新操作或覆写既有操作来扩展基类。
委托——捕获一个操作并将其发送给另一个对象处理。
以委托取代继承：
如果一个子类仅需要使用父类的一部分方法时（或者无法继承父类数据时）——可不使用继承而是使用委派。
一个类不需要继承另一个类的全部方法，通过委托机制调用部分方法，从而避免大量无用的方法。

组合优于继承原则/组合复用原则(CRP)。
“委托”发生在object层面，“继承”发生在class层面。
CRP原则更倾向于使用委派而不是继承。

委托的类型：
Use、Association、Composition/aggregation。
1.Dependency——临时性的委托。
2.Association——永久性的委托。
3.Composition——更强的association，但难以变化。
4.Aggregation——更弱的association，可动态变化。

设计系统级可复用性：API库和框架

库——一组提供可复用功能的类和方法(APIS)。
为什么API设计很重要？
API是程序员最重要的资产和“荣耀”，吸引外部用户，提高声誉。
框架：一组具体类、抽象类、及其之间的连接关系。
白盒框架——通过代码层面继承进行框架扩展——继承。
黑盒框架——通过实现特定接口/委派进行框架扩展——委派/组合。

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