一、概述

面向对象编程（OOP）在软件开发中占据重要地位，尤其是在大规模软件项目中。它与小型程序开发思路不同，更注重未来功能的升级与扩展。在设计阶段，需思考如何构建既灵活又稳定的系统，这涉及众多设计方法与原则，对提升软件质量、降低维护成本意义重大。

二、设计方法

（一）抽象

抽象是从一组实体提取共同特征构建通用概念或模型的过程。在程序设计里，不仅能从具体事物抽象出类，还能从各类中提取共性创建通用接口。以宠物商店系统为例，猫、狗等动物虽特性不同，但都有名字、需进食和能发声，这些共性可抽象到 “动物（IAnimal）” 接口中。具体动物类实现该接口，各自给出如 speak 方法的具体实现，这样添加新动物类型时，无需重复编写共性代码，大大提高开发效率。

（二）依赖关系

依赖关系指一个类在方法中使用另一个类的对象，是一种松散连接。像 Printer 类打印文档时依赖 IReport 接口，其 print_document.vi 方法接收 IReport 接口对象来打印内容。不过这种依赖与类的生命周期无关，仅在方法调用时存在，具有临时性。

（三）关联关系

关联关系描述类对象间的联系，有单向和双向之分，且涉及多重性。学校系统中 Teacher 和 Student 类，一位教师可教多名学生，一名学生也能由多位教师授课，这就是双向关联。在 Teacher 类里，用列表存储相关 Student 对象，通过 add_student () 方法建立双向联系，方便查询和操作对象间关联。

（四）组合关系

组合关系体现 “整体 - 部分” 关系，一个对象由其他对象实例构成。模拟狗的 Dog 类，狗由头部、身体、腿和尾巴等组成，通过组合这些部分类的实例，为 Dog 类赋予多种功能。而且若需修改部分结构或动作，在相应部分类中更改即可，不会影响整体，增强代码可维护性。

（五）聚合关系

聚合关系同样表示整体与部分关系，但整体不负责部分的生命周期。教室（Classroom）和学生（Student）的关系就是聚合，教室管理学生，但学生可独立于教室存在，可在不同教室间转移，这种关系构建了清晰的层次结构，便于管理系统对象。

三、设计原则

（一）单一职责原则（SRP）

该原则强调一个类应仅有一个引起变化的原因，即只负责一个功能领域。例如管理学生信息程序中，若将数据获取和报告生成功能都放在 Student 类，数据处理方式或报告格式变化时，都需修改该类，易引发冲突。遵循 SRP，可将数据管理和报告生成分别放在 Student 类和 StudentReport 类，降低耦合度，方便维护和扩展。

（二）开闭原则（OCP）

开闭原则要求类对扩展开放、对修改关闭。以 StudentReport 为例，若报告格式需求变化就修改该类，会破坏稳定性。引入抽象的 “Report Generator” 类，每种报告格式对应一个具体类，添加新报告格式时，新增具体类即可，无需修改现有类，既满足功能扩展需求，又保证现有代码稳定。

（三）里氏替换原则（LSP）

LSP 规定子类必须能替换父类且不引发错误。如测试程序中，将便携式万用表（PortableMultimeter）设为标准万用表（Multimeter）子类可能有问题，因其测量精度可能不同，会导致程序错误。遵循该原则，可让它们都成为更通用接口（如 IVoltageMeasurable 和 ICurrentMeasurable）的子类，消除直接父子关系，避免误用。

（四）接口隔离原则（ISP）

ISP 主张避免类实现不需要的接口功能。学生报告系统中，原 IStudentReport 接口定义多种功能，PDFStudentReport 类虽只需部分功能仍需全部实现。新需求下，WebStudentReport 类也被迫实现不需要的打印功能。遵循 ISP，可将其拆分为 IReportGeneratable、IReportEmailable 和 IReportPrintable 等小接口，让类按需实现，简化设计，提高灵活性。

（五）依赖倒置原则（DIP）

DIP 要求类依赖接口而非具体类。传统编程中高层模块常依赖低层模块，而该原则倡导抽象不依赖细节，细节依赖抽象。报告生成示例里，ReportService 类直接依赖 PDFStudentReport 类生成报告，需求变化时需修改 ReportService 类。遵循 DIP，引入 IReport 接口，让 PDFStudentReport 和 WebStudentReport 等实现该接口，ReportService 类依赖 IReport 接口，这样切换报告类型时无需修改 ReportService 类，降低耦合度。