2021 iThome 鐵人賽

DAY 7

Software Development

成為乾淨的開發者吧! Clean Code, Clean Coder, Clean Architecture 導讀之旅系列第 7 篇

Day 07: 類別、系統、羽化

13th鐵人賽 clean code

團隊自虐病友團

2021-09-22 21:17:24

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「在函式裡，我們計算程式行數，來衡量函式的大小；在類別裡，我們使用不同的量測方式，我們計算職責的數量」

取自: Clean Code (p.152)

CH10: 類別 (Class)

類別的結構

在 Day 02 我們曾經看過各種語言的 Coding Style & Convention，讓我們再複習一遍
以 C# 為例:

P.S. 類別結構沒有制式規定，整齊一致即可

封裝

盡量讓所有變數或函式都保持 「私有性(Private)」，除非同一個套件裡的測試程式需要呼叫，不得以才令它為 「保護的(Protected)」

類別要夠簡短

應該多短才好? 這邊我們以類別所負責的職責數量作為劃分邏輯

經典例子:
[1]上帝物件 / 上帝類別 (God Object / God Class)

public class EmployeeUtils {  
    // 取資料
    public void FetchEmployeeDetails(string employeeId) 
    // 存資料
    public void SaveEmployeeDetails(EmployeeModel employeeDetails)
    // 驗證資料
    public void ValidateEmployeeDetails(EmployeeModel employeeDetails)
    // 輸出資料
    public void ExportEmpDetailsToCSV(EmployeeModel employeDetails)
    // 引入資料
    public void ImportEmpDetailsForDb(EmployeeModel employeeDetails) 

    // 員工資料細節
    private class EmployeeModel {  
        public string EmployeeId;
        public string EmployeeName;
        public string EmpplyeeAddress;
        public string EmployeeDesignation;
        public double EmployeeSalary;
    }  
}

上述的類別有 5 個職責，有可能導致日後的維護性下降 (最理想的狀況是 1 個)

如果一個類別的名稱愈模稜兩可，就愈有可能擁有太多的職責
e.g., "Processor"、"Manager" 通常暗示這裡有很多的職責聚集

單一職責原則 (Single Responsibility Principle, SRP)

注意: 不要把它跟「函式只做一件事」搞混!

SRP: 一個類別或一個模組應該且只能有一個修改的理由
確認職責 (修改的理由) 能幫助我們建立更好的抽象概念，我們可以輕易地擷取函式並分離到新的類別
許多人擔心大量的小型類別會讓程式的全貌難以理解
事實是，由許多小類別組成的系統不會比有著少數大型類別的系統，多出更多移動部位
思考：你喜歡將元件有組織地放在定義良好和有標記的小型抽屜裡，還是用少量的大抽屜將所有東西丟進去?
一個有著大型、多重目標的類別，會強迫我們了解許多現在不必要了解的事物。良好的系統是由許多小型類別所組成，並與其它少數幾個類別合作

P.S. 關於 SOLID 設計原則在之後介紹 Clean Architecture 時，筆者會再次介紹

凝聚性

類別應該只有少量的變數，而類別裡的每個方法都應該操縱一或更多個變數

一個具凝聚性的類別

public class Stack 
{
  private int topOfStack = 0;
  List<Integer> elements = new LinkedList<Integer>();

  public int size() {
    return topOfStack;
  }

  public void push(int element) {
    topOfStack++;
    elements.add(element);
  }

  public int pop() throws PoppedWhenEmpty {
    if (topOfStack == 0)
      throw new PoppedWhenEmpty();
    int element = elements.get(--topOfStack);
    elements.remove(topOfStack);
    return element;
  }
}

上例中只有 Size() 沒有同時使用到類別的 2 個變數，這是一個非常有凝聚力的類別

注意: 保持函式夠簡短和保持參數夠少的策略，有時會導致類別的凝聚性下降
可以試著去分離類別中的方法和變數，並讓新類別擁有更高的凝聚性

為了變動而構思組織

違反 SRP 的 SQL 類別

public class Sql {
  public Sql(String table, Column[] columns)
  public String create()
  public String insert(Object[] fields)
  public String selectAll()
  public String findByKey(String keyColumn, String keyValue)
  public String select(Column column, String pattern)
  public String select(Criteria criteria)
  public String preparedInsert()

  private String columnList(Column[] columns)
  private String valuesList(Object[] fields, final Column[] columns)
  private String selectWithCriteria(String criteria)
  private String placeholderList(Column[] columns)
}

以上例來說，當我們想要新增指令 (e.g., Delete)、或者修改某指令的細節，都需要更動到此類別。很明顯地這個類別有超過 1 個以上的修改理由

那麼，何時該做職責拆解?
想讓系統的每一個類別都符合 SRP 原則並不是一件輕鬆的事，且可能會流於過度設計 (Over-Design)。所以關鍵在於，未來更動或新增 SQL 類別的機會多不多? 若未來須新增 Update 功能，就是一個修補設計的好機會

重構後的 SQL 符合「單一職責原則 (SRP)」和「開放封閉原則 (OCP)」

abstract public class Sql {
   public Sql(String table, Column[] columns)
   abstract public String generate();
}

public class CreateSql extends Sql {
   public CreateSql(String table, Column[] columns)
   @Override public String generate()
}

public class SelectSql extends Sql {
   public SelectSql(String table, Column[] columns)
   @Override public String generate()
}

public class InsertSql extends Sql {
   public InsertSql(String table, Column[] columns, Object[] fields)
   @Override public String generate()
   private String valuesList(Object[] fields, final Column[] columns)
}

public class SelectWithCriteriaSql extends Sql {
   public SelectWithCriteriaSql(
   String table, Column[] columns, Criteria criteria)
   @Override public String generate()
}

public class SelectWithMatchSql extends Sql {
   public SelectWithMatchSql(
   String table, Column[] columns, Column column, String pattern)
   @Override public String generate()
}

public class FindByKeySql extends Sql
   public FindByKeySql(
   String table, Column[] columns, String keyColumn, String keyValue)
   @Override public String generate()
}

public class PreparedInsertSql extends Sql {
   public PreparedInsertSql(String table, Column[] columns)
   @Override public String generate() {
   private String placeholderList(Column[] columns)
}

public class Where {
   public Where(String criteria)
   public String generate()
}

public class ColumnList {
   public ColumnList(Column[] columns)
   public String generate()
}

重構後雖然多了許多程式碼，但我們可以發現每一個小功能的可讀性都大大地上昇了，且函式之間幾乎沒有任何耦合，這也使得測試程式變得更容易撰寫。而當我們想新增指令時，只要新增一個子類別即可，沒有任何既有的程式碼會被更動

CH11: 系統 (Systems)

「整潔的程式碼幫助我們在較低抽象層次上，達成這個目標。在本章中，讓我們來思考該如何在較高的抽象層次，達成整潔的目標」

取自: Clean Code (p.170)

劃分系統的建造和使用

建造跟使用是非常不同的過程。軟體系統應該透過以「執行邏輯」接管「起始過程」的方式，將所有關注的事分離開來
延遲初始 / 延遲賦值 (LAZY INITIALIZATION / EVALUATION)
```
public Service getService() {
   if (service == null)
     service = new MyServiceImpl(...);
   return service;
}
```
上例是一個很經典的初始化方式[3]，當物件要被使用的前一刻才進行實例化 (Instantiation)。這麼做的好處除了撰寫方便外，也能增進系統效能
然而，延遲賦值違反了 SRP 原則，它讓「建造邏輯」和「執行過程」相依在一起。若想打造一個良好耐用的系統，就不該讓這些方便的手法來破壞程式的模組性

主函式 Main 的劃分

分離「建造邏輯」和「執行過程」模組最簡單的方式就是將所有與建造有關的程式碼都移到 Main 來執行或呼叫。並且在設計系統的其他部份時，可以假設所有的物件都已經被順利 Build 完成

說明:
1. 主程式呼叫 Builder 模組
2. Builder 創造程式執行所需要的物件
3. Run 應用程式

工廠

有時候我們不得不讓應用程式負責創造物件，這種情況下可以使用[5]抽象工廠 (Abstract Factory) 設計模式

說明:
1. 我們先定義一個負責創造訂單項目 (LineItem) 的 Interface (抽象工廠)
2. 主程式實例化 (或 Create) 一個工廠的實作類別 (我們可以依不同需求，抽換不同工廠)
3. 訂單處理 (OrderProcessing) 系統呼叫抽象工廠的 makeLineItem() 方法來創造訂單項目 (LineItem)

CH12: 羽化 (Emergence)

Kent Beck's 簡單設計四守則 (Four Rules of Software Design)
遵守以下四個守則就能更容易使軟體善用「單一職責原則 (SRP)」及「相依性反向原則 (DIP)」
1. 執行完所有的測試 => Passes the tests
2. 表達程式設計師的本意 => Reveals intention (should be easy to understand)
3. 沒有重複的部分 => No duplication (DRY)
4. 最小化類別和方法的數量 => Fewest elements
取自: Clean Code (p.190)

註: 筆者發現中文書的翻譯與順序和原文有些許出入，附上原文:
- Kent Beck’s Four Rules of Software Design (also known as “Simple Design”)
- BeckDesignRules