單一職責原則是最簡單的面向對象設計原則，它用于控制類的粒度大小。單一職責原則定義如下：
單一職責原則(Single Responsibility Principle, SRP)：一個類隻負責一個功能領域中的相應職責，或者可以定義為：就一個類而言，應該隻有一個引起它變化的原因。
單一職責原則告訴我們：一個類不能太“累”！在軟體系統中，一個類（大到子產品，小到方法）承擔的職責越多，它被複用的可能性就越小，而且一個類承擔的職責過多，就相當于将這些職責耦合在一起，當其中一個職責變化時，可能會影響其他職責的運作，是以要将這些職責進行分離，将不同的職責封裝在不同的類中，即将不同的變化原因封裝在不同的類中，如果多個職責總是同時發生改變則可将它們封裝在同一類中。
單一職責原則是實作高内聚、低耦合的指導方針，它是最簡單但又最難運用的原則，需要設計人員發現類的不同職責并将其分離，而發現類的多重職責需要設計人員具有較強的分析設計能力和相關實踐經驗。
下面通過一個簡單執行個體來進一步分析單一職責原則：
Sunny軟體公司開發人員針對某CRM（Customer Relationship Management，客戶關系管理）系統中客戶資訊圖形統計子產品提出了如圖1所示初始設計方案：
圖1 初始設計方案結構圖
在圖1中，CustomerDataChart類中的方法說明如下：getConnection()方法用于連接配接資料庫，findCustomers()用于查詢所有的客戶資訊，createChart()用于建立圖表，displayChart()用于顯示圖表。
現使用單一職責原則對其進行重構。
在圖1中，CustomerDataChart類承擔了太多的職責，既包含與資料庫相關的方法，又包含與圖表生成和顯示相關的方法。如果在其他類中也需要連接配接資料庫或者使用findCustomers()方法查詢客戶資訊，則難以實作代碼的重用。無論是修改資料庫連接配接方式還是修改圖表顯示方式都需要修改該類，它不止一個引起它變化的原因，違背了單一職責原則。是以需要對該類進行拆分，使其滿足單一職責原則，類CustomerDataChart可拆分為如下三個類：
(1) DBUtil：負責連接配接資料庫，包含資料庫連接配接方法getConnection()；
(2) CustomerDAO：負責操作資料庫中的Customer表，包含對Customer表的增删改查等方法，如findCustomers()；
(3) CustomerDataChart：負責圖表的生成和顯示，包含方法createChart()和displayChart()。
使用單一職責原則重構後的結構如圖2所示：
圖2 重構後的結構圖
開閉原則是面向對象的可複用設計的第一塊基石，它是最重要的面向對象設計原則。開閉原則由Bertrand Meyer于1988年提出，其定義如下：
開閉原則(Open-Closed Principle, OCP)：一個軟體實體應當對擴充開放，對修改關閉。即軟體實體應盡量在不修改原有代碼的情況下進行擴充。
在開閉原則的定義中，軟體實體可以指一個軟體子產品、一個由多個類組成的局部結構或一個獨立的類。
任何軟體都需要面臨一個很重要的問題，即它們的需求會随時間的推移而發生變化。當軟體系統需要面對新的需求時，我們應該盡量保證系統的設計架構是穩定的。如果一個軟體設計符合開閉原則，那麼可以非常友善地對系統進行擴充，而且在擴充時無須修改現有代碼，使得軟體系統在擁有适應性和靈活性的同時具備較好的穩定性和延續性。随着軟體規模越來越大，軟體壽命越來越長，軟體維護成本越來越高，設計滿足開閉原則的軟體系統也變得越來越重要。
為了滿足開閉原則，需要對系統進行抽象化設計，抽象化是開閉原則的關鍵。在Java、C#等程式設計語言中，可以為系統定義一個相對穩定的抽象層，而将不同的實作行為移至具體的實作層中完成。在很多面向對象程式設計語言中都提供了接口、抽象類等機制，可以通過它們定義系統的抽象層，再通過具體類來進行擴充。如果需要修改系統的行為，無須對抽象層進行任何改動，隻需要增加新的具體類來實作新的業務功能即可，實作在不修改已有代碼的基礎上擴充系統的功能，達到開閉原則的要求。
Sunny軟體公司開發的CRM系統可以顯示各種類型的圖表，如餅狀圖和柱狀圖等，為了支援多種圖表顯示方式，原始設計方案如圖1所示：
圖1 初始設計方案結構圖
在ChartDisplay類的display()方法中存在如下代碼片段：
現對該系統進行重構，使之符合開閉原則。
在本執行個體中，由于在ChartDisplay類的display()方法中針對每一個圖表類程式設計，是以增加新的圖表類不得不修改源代碼。可以通過抽象化的方式對系統進行重構，使之增加新的圖表類時無須修改源代碼，滿足開閉原則。具體做法如下：
(1) 增加一個抽象圖表類AbstractChart，将各種具體圖表類作為其子類；
(2) ChartDisplay類針對抽象圖表類進行程式設計，由用戶端來決定使用哪種具體圖表。
重構後結構如圖2所示：
圖2 重構後的結構圖
在圖2中，我們引入了抽象圖表類AbstractChart，且ChartDisplay針對抽象圖表類進行程式設計，并通過setChart()方法由用戶端來設定執行個體化的具體圖表對象，在ChartDisplay的display()方法中調用chart對象的display()方法顯示圖表。如果需要增加一種新的圖表，如折線圖LineChart，隻需要将LineChart也作為AbstractChart的子類，在用戶端向ChartDisplay中注入一個LineChart對象即可，無須修改現有類庫的源代碼。
注意：因為xml和properties等格式的配置檔案是純文字檔案，可以直接通過VI編輯器或記事本進行編輯，且無須編譯，是以在軟體開發中，一般不把對配置檔案的修改認為是對系統源代碼的修改。如果一個系統在擴充時隻涉及到修改配置檔案，而原有的Java代碼或C#代碼沒有做任何修改，該系統即可認為是一個符合開閉原則的系統。
裡氏代換原則由2008年圖靈獎得主、美國第一位計算機科學女博士Barbara Liskov教授和卡内基·梅隆大學Jeannette Wing教授于1994年提出。其嚴格表述如下：如果對每一個類型為S的對象o1，都有類型為T的對象o2，使得以T定義的所有程式P在所有的對象o1代換o2時，程式P的行為沒有變化，那麼類型S是類型T的子類型。這個定義比較拗口且難以了解，是以我們一般使用它的另一個通俗版定義：
裡氏代換原則(Liskov Substitution Principle, LSP)：所有引用基類（父類）的地方必須能透明地使用其子類的對象。
裡氏代換原則告訴我們，在軟體中将一個基類對象替換成它的子類對象，程式将不會産生任何錯誤和異常，反過來則不成立，如果一個軟體實體使用的是一個子類對象的話，那麼它不一定能夠使用基類對象。例如：我喜歡動物，那我一定喜歡狗，因為狗是動物的子類；但是我喜歡狗，不能據此斷定我喜歡動物，因為我并不喜歡老鼠，雖然它也是動物。
例如有兩個類，一個類為BaseClass，另一個是SubClass類，并且SubClass類是BaseClass類的子類，那麼一個方法如果可以接受一個BaseClass類型的基類對象base的話，如：method1(base)，那麼它必然可以接受一個BaseClass類型的子類對象sub，method1(sub)能夠正常運作。反過來的代換不成立，如一個方法method2接受BaseClass類型的子類對象sub為參數：method2(sub)，那麼一般而言不可以有method2(base)，除非是重載方法。
裡氏代換原則是實作開閉原則的重要方式之一，由于使用基類對象的地方都可以使用子類對象，是以在程式中盡量使用基類類型來對對象進行定義，而在運作時再确定其子類類型，用子類對象來替換父類對象。
在使用裡氏代換原則時需要注意如下幾個問題：
(1)子類的所有方法必須在父類中聲明，或子類必須實作父類中聲明的所有方法。根據裡氏代換原則，為了保證系統的擴充性，在程式中通常使用父類來進行定義，如果一個方法隻存在子類中，在父類中不提供相應的聲明，則無法在以父類定義的對象中使用該方法。
(2) 我們在運用裡氏代換原則時，盡量把父類設計為抽象類或者接口，讓子類繼承父類或實作父接口，并實作在父類中聲明的方法，運作時，子類執行個體替換父類執行個體，我們可以很友善地擴充系統的功能，同時無須修改原有子類的代碼，增加新的功能可以通過增加一個新的子類來實作。裡氏代換原則是開閉原則的具體實作手段之一。
(3) Java語言中，在編譯階段，Java編譯器會檢查一個程式是否符合裡氏代換原則，這是一個與實作無關的、純文法意義上的檢查，但Java編譯器的檢查是有局限的。
在Sunny軟體公司開發的CRM系統中，客戶(Customer)可以分為VIP客戶(VIPCustomer)和普通客戶(CommonCustomer)兩類，系統需要提供一個發送Email的功能，原始設計方案如圖1所示：
圖1原始結構圖
在對系統進行進一步分析後發現，無論是普通客戶還是VIP客戶，發送郵件的過程都是相同的，也就是說兩個send()方法中的代碼重複，而且在本系統中還将增加新類型的客戶。為了讓系統具有更好的擴充性，同時減少代碼重複，使用裡氏代換原則對其進行重構。
在本執行個體中，可以考慮增加一個新的抽象客戶類Customer，而将CommonCustomer和VIPCustomer類作為其子類，郵件發送類EmailSender類針對抽象客戶類Customer程式設計，根據裡氏代換原則，能夠接受基類對象的地方必然能夠接受子類對象，是以将EmailSender中的send()方法的參數類型改為Customer，如果需要增加新類型的客戶，隻需将其作為Customer類的子類即可。重構後的結構如圖2所示：
裡氏代換原則是實作開閉原則的重要方式之一。在本執行個體中，在傳遞參數時使用基類對象，除此以外，在定義成員變量、定義局部變量、确定方法傳回類型時都可使用裡氏代換原則。針對基類程式設計，在程式運作時再确定具體子類。
如果說開閉原則是面向對象設計的目标的話，那麼依賴倒轉原則就是面向對象設計的主要實作機制之一，它是系統抽象化的具體實作。依賴倒轉原則是Robert C. Martin在1996年為“C++Reporter”所寫的專欄Engineering Notebook的第三篇，後來加入到他在2002年出版的經典著作“Agile Software Development, Principles, Patterns, and Practices”一書中。依賴倒轉原則定義如下：
依賴倒轉原則(Dependency Inversion Principle, DIP)：抽象不應該依賴于細節，細節應當依賴于抽象。換言之，要針對接口程式設計，而不是針對實作程式設計。
依賴倒轉原則要求我們在程式代碼中傳遞參數時或在關聯關系中，盡量引用層次高的抽象層類，即使用接口和抽象類進行變量類型聲明、參數類型聲明、方法傳回類型聲明，以及資料類型的轉換等，而不要用具體類來做這些事情。為了確定該原則的應用，一個具體類應當隻實作接口或抽象類中聲明過的方法，而不要給出多餘的方法，否則将無法調用到在子類中增加的新方法。
在引入抽象層後，系統将具有很好的靈活性，在程式中盡量使用抽象層進行程式設計，而将具體類寫在配置檔案中，這樣一來，如果系統行為發生變化，隻需要對抽象層進行擴充，并修改配置檔案，而無須修改原有系統的源代碼，在不修改的情況下來擴充系統的功能，滿足開閉原則的要求。
在實作依賴倒轉原則時，我們需要針對抽象層程式設計，而将具體類的對象通過依賴注入(DependencyInjection, DI)的方式注入到其他對象中，依賴注入是指當一個對象要與其他對象發生依賴關系時，通過抽象來注入所依賴的對象。常用的注入方式有三種，分别是：構造注入，設值注入（Setter注入）和接口注入。構造注入是指通過構造函數來傳入具體類的對象，設值注入是指通過Setter方法來傳入具體類的對象，而接口注入是指通過在接口中聲明的業務方法來傳入具體類的對象。這些方法在定義時使用的是抽象類型，在運作時再傳入具體類型的對象，由子類對象來覆寫父類對象。
下面通過一個簡單執行個體來加深對依賴倒轉原則的了解：
Sunny軟體公司開發人員在開發某CRM系統時發現：該系統經常需要将存儲在TXT或Excel檔案中的客戶資訊轉存到資料庫中，是以需要進行資料格式轉換。在客戶資料操作類中将調用資料格式轉換類的方法實作格式轉換和資料庫插入操作，初始設計方案結構如圖1所示：
在編碼實作圖1所示結構時，Sunny軟體公司開發人員發現該設計方案存在一個非常嚴重的問題，由于每次轉換資料時資料來源不一定相同，是以需要更換資料轉換類，如有時候需要将TXTDataConvertor改為ExcelDataConvertor，此時，需要修改CustomerDAO的源代碼，而且在引入并使用新的資料轉換類時也不得不修改CustomerDAO的源代碼，系統擴充性較差，違反了開閉原則，現需要對該方案進行重構。
在本執行個體中，由于CustomerDAO針對具體資料轉換類程式設計，是以在增加新的資料轉換類或者更換資料轉換類時都不得不修改CustomerDAO的源代碼。我們可以通過引入抽象資料轉換類解決該問題，在引入抽象資料轉換類DataConvertor之後，CustomerDAO針對抽象類DataConvertor程式設計，而将具體資料轉換類名存儲在配置檔案中，符合依賴倒轉原則。根據裡氏代換原則，程式運作時，具體資料轉換類對象将替換DataConvertor類型的對象，程式不會出現任何問題。更換具體資料轉換類時無須修改源代碼，隻需要修改配置檔案；如果需要增加新的具體資料轉換類，隻要将新增資料轉換類作為DataConvertor的子類并修改配置檔案即可，原有代碼無須做任何修改，滿足開閉原則。重構後的結構如圖2所示：
圖2重構後的結構圖
在上述重構過程中，我們使用了開閉原則、裡氏代換原則和依賴倒轉原則，在大多數情況下，這三個設計原則會同時出現，開閉原則是目标，裡氏代換原則是基礎，依賴倒轉原則是手段，它們相輔相成，互相補充，目标一緻，隻是分析問題時所站角度不同而已。
接口隔離原則定義如下：
接口隔離原則(Interface Segregation Principle, ISP)：使用多個專門的接口，而不使用單一的總接口，即用戶端不應該依賴那些它不需要的接口。
根據接口隔離原則，當一個接口太大時，我們需要将它分割成一些更細小的接口，使用該接口的用戶端僅需知道與之相關的方法即可。每一個接口應該承擔一種相對獨立的角色，不幹不該幹的事，該幹的事都要幹。這裡的“接口”往往有兩種不同的含義：一種是指一個類型所具有的方法特征的集合，僅僅是一種邏輯上的抽象；另外一種是指某種語言具體的“接口”定義，有嚴格的定義和結構，比如Java語言中的interface。對于這兩種不同的含義，ISP的表達方式以及含義都有所不同：
(1) 當把“接口”了解成一個類型所提供的所有方法特征的集合的時候，這就是一種邏輯上的概念，接口的劃分将直接帶來類型的劃分。可以把接口了解成角色，一個接口隻能代表一個角色，每個角色都有它特定的一個接口，此時，這個原則可以叫做“角色隔離原則”。
(2) 如果把“接口”了解成狹義的特定語言的接口，那麼ISP表達的意思是指接口僅僅提供用戶端需要的行為，用戶端不需要的行為則隐藏起來，應當為用戶端提供盡可能小的單獨的接口，而不要提供大的總接口。在面向對象程式設計語言中，實作一個接口就需要實作該接口中定義的所有方法，是以大的總接口使用起來不一定很友善，為了使接口的職責單一，需要将大接口中的方法根據其職責不同分别放在不同的小接口中，以確定每個接口使用起來都較為友善，并都承擔某一單一角色。接口應該盡量細化，同時接口中的方法應該盡量少，每個接口中隻包含一個用戶端（如子子產品或業務邏輯類）所需的方法即可，這種機制也稱為“定制服務”，即為不同的用戶端提供寬窄不同的接口。
下面通過一個簡單執行個體來加深對接口隔離原則的了解：
Sunny軟體公司開發人員針對某CRM系統的客戶資料顯示子產品設計了如圖1所示接口，其中方法dataRead()用于從檔案中讀取資料，方法transformToXML()用于将資料轉換成XML格式，方法createChart()用于建立圖表，方法displayChart()用于顯示圖表，方法createReport()用于建立文字報表，方法displayReport()用于顯示文字報表。
在實際使用過程中發現該接口很不靈活，例如如果一個具體的資料顯示類無須進行資料轉換（源檔案本身就是XML格式），但由于實作了該接口，将不得不實作其中聲明的transformToXML()方法（至少需要提供一個空實作）；如果需要建立和顯示圖表，除了需實作與圖表相關的方法外，還需要實作建立和顯示文字報表的方法，否則程式編譯時将報錯。
現使用接口隔離原則對其進行重構。
在圖1中，由于在接口CustomerDataDisplay中定義了太多方法，即該接口承擔了太多職責，一方面導緻該接口的實作類很龐大，在不同的實作類中都不得不實作接口中定義的所有方法，靈活性較差，如果出現大量的空方法，将導緻系統中産生大量的無用代碼，影響代碼品質；另一方面由于用戶端針對大接口程式設計，将在一定程式上破壞程式的封裝性，用戶端看到了不應該看到的方法，沒有為用戶端定制接口。是以需要将該接口按照接口隔離原則和單一職責原則進行重構，将其中的一些方法封裝在不同的小接口中，確定每一個接口使用起來都較為友善，并都承擔某一單一角色，每個接口中隻包含一個用戶端（如子產品或類）所需的方法即可。
通過使用接口隔離原則，本執行個體重構後的結構如圖2所示：
在使用接口隔離原則時，我們需要注意控制接口的粒度，接口不能太小，如果太小會導緻系統中接口泛濫，不利于維護；接口也不能太大，太大的接口将違背接口隔離原則，靈活性較差，使用起來很不友善。一般而言，接口中僅包含為某一類使用者定制的方法即可，不應該強迫客戶依賴于那些它們不用的方法。
迪米特法則來自于1987年美國東北大學(Northeastern University)一個名為“Demeter”的研究項目。迪米特法則又稱為最少知識原則(LeastKnowledge Principle, LKP)，其定義如下：
迪米特法則(Law of Demeter, LoD)：一個軟體實體應當盡可能少地與其他實體發生互相作用。
如果一個系統符合迪米特法則，那麼當其中某一個子產品發生修改時，就會盡量少地影響其他子產品，擴充會相對容易，這是對軟體實體之間通信的限制，迪米特法則要求限制軟體實體之間通信的寬度和深度。迪米特法則可降低系統的耦合度，使類與類之間保持松散的耦合關系。
迪米特法則還有幾種定義形式，包括：不要和“陌生人”說話、隻與你的直接朋友通信等，在迪米特法則中，對于一個對象，其朋友包括以下幾類：
(1) 目前對象本身(this)；
(2) 以參數形式傳入到目前對象方法中的對象；
(3) 目前對象的成員對象；
(4) 如果目前對象的成員對象是一個集合，那麼集合中的元素也都是朋友；
(5) 目前對象所建立的對象。
任何一個對象，如果滿足上面的條件之一，就是目前對象的“朋友”，否則就是“陌生人”。在應用迪米特法則時，一個對象隻能與直接朋友發生互動，不要與“陌生人”發生直接互動，這樣做可以降低系統的耦合度，一個對象的改變不會給太多其他對象帶來影響。
迪米特法則要求我們在設計系統時，應該盡量減少對象之間的互動，如果兩個對象之間不必彼此直接通信，那麼這兩個對象就不應當發生任何直接的互相作用，如果其中的一個對象需要調用另一個對象的某一個方法的話，可以通過第三者轉發這個調用。簡言之，就是通過引入一個合理的第三者來降低現有對象之間的耦合度。
在将迪米特法則運用到系統設計中時，要注意下面的幾點：在類的劃分上，應當盡量建立松耦合的類，類之間的耦合度越低，就越有利于複用，一個處在松耦合中的類一旦被修改，不會對關聯的類造成太大波及；在類的結構設計上，每一個類都應當盡量降低其成員變量和成員函數的通路權限；在類的設計上，隻要有可能，一個類型應當設計成不變類；在對其他類的引用上，一個對象對其他對象的引用應當降到最低。
下面通過一個簡單執行個體來加深對迪米特法則的了解：
Sunny軟體公司所開發CRM系統包含很多業務操作視窗，在這些視窗中，某些界面控件之間存在複雜的互動關系，一個控件事件的觸發将導緻多個其他界面控件産生響應，例如，當一個按鈕(Button)被單擊時，對應的清單框(List)、組合框(ComboBox)、文本框(TextBox)、文本标簽(Label)等都将發生改變，在初始設計方案中，界面控件之間的互動關系可簡化為如圖1所示結構：
在圖1中，由于界面控件之間的互動關系複雜，導緻在該視窗中增加新的界面控件時需要修改與之互動的其他控件的源代碼，系統擴充性較差，也不便于增加和删除新控件。
現使用迪米特對其進行重構。
在本執行個體中，可以通過引入一個專門用于控制界面控件互動的中間類(Mediator)來降低界面控件之間的耦合度。引入中間類之後，界面控件之間不再發生直接引用，而是将請求先轉發給中間類，再由中間類來完成對其他控件的調用。當需要增加或删除新的控件時，隻需修改中間類即可，無須修改新增控件或已有控件的源代碼，重構後結構如圖2所示：
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