Software Design Fundamentals

什么是软件设计（Software Design）？为什么软件设计很重要？软件设计的原则是什么？软件设计的模式有哪些？这些都是软件设计的基础问题，这里及后续章节将逐一解答这些问题。

软件设计的重要性

代码质量有很多评价指标，比如可读性、可测试性、可维护性、可扩展性、可重用性、可扩展性等等。对于一个项目来说，至关重要的是软件的整体结构（structure）。好的结构最终会影响到上述的各种质量指标。软件设计的目标就是为了构建一个好的结构，从而提高软件的质量。好的软件设计能够容忍某些糟糕的实现决定，反之则不行，差的软件设计不能靠堆砌新的语言特性来弥补。

变化是软件的常态，是所有问题的根源。软件设计的目标就是为了更好地应对变化。

大部分的开发者应该遇到过这样的情况：当需要修改一个很小的功能或者修复一个 bug 时，却需要修改很多文件，涉及整个系统的多个模块。这就是依赖（dependency）问题。不管项目大小，依赖都是最核心的问题。因此，软件设计是一门管理组件之间依赖关系的艺术，目的是最小化人为的、技术性的依赖，并引入必要的抽象与折中。软件设计，或者说软件工程（engineering），更像是一门艺术，或者说是一种工艺（craft），与科学相结合。有的时候，软件架构（software architecture）这个术语，有时表达的也是类似的意思，可以互换，它们的目的是相同的。也有的人将架构和设计区分开来，认为架构是更高层次的设计。

我们可以将软件开发分成两个大层，第一层是设计层（design level），包含架构和设计，第二层是代码层（code level）。最底层是实现细节（implementation details），这一层有一些常见的实现模式（implementation patterns），比如 RAII、Pimpl、SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）等等，这些模式是 C++ 特有的，其他语言可能没有或者有不同的实现方式。再往上是软件设计，这一层包含一些设计模式（design patterns），比如装饰者、策略等等，这些就是语言无关的了。再往上是软件架构，如前所述，这里的共识不多，这里通常涉及关键决策。这一层包含一些架构模式（architectural patterns），比如微服务、客户端-服务器等。两者的共同点都是解决整体结构和相互依赖的问题。架构是更高层次的设计，解决的是模块、组件级别的，而设计则是更细粒度的，解决的是类、函数级别的。

惯用法（idiom）的出现使得实现和设计两者的界限更加模糊一些。惯用法表示某种模式（pattern），在某种语言中被广泛使用，比如前面提到的 RAII 就是 C++ 中的一种惯用法，还有 copy-and-swap 也是 C++ 中的一种惯用法。大部分的 C++ 惯用法都是实现层次的，设计层次的惯用法相对较少一些，比如 NVI（Non-Virtual Interface）和 Pimpl 就是一种设计层次的惯用法，分别脱胎于设计模式中的模板方法（Template Method）和桥接模式（Bridge Pattern）。