面向对象设计原则：理论与实践的完美融合


# 摘要
本文全面探讨了面向对象设计中的五大原则：单一职责原则、开闭原则、里氏替换原则、接口隔离原则以及依赖倒置原则和组合/聚合复用原则。通过详细的概念解析、重要性阐述以及实际应用实例，本文旨在指导开发者理解和实践这些设计原则，以构建更加灵活、可维护和可扩展的软件系统。文章不仅阐述了每个原则的理论基础，还着重于如何在代码重构和设计模式中应用这些原则，以及它们如何影响系统的扩展性、灵活性和代码复用性。通过实例分析和代码实践，本文为开发者提供了实践这些设计原则的具体方法，帮助他们在日常开发活动中避免常见的设计陷阱，提升软件质量。

# 关键字
面向对象设计；单一职责；开闭原则；里氏替换；接口隔离；依赖倒置；代码复用

参考资源链接：[《软件工程——理论与实践》课后习题及答案解析](https://wenku.csdn.net/doc/4c66o8rp6h?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. 面向对象设计原则概述

在软件开发中，面向对象设计原则是构建可维护、可扩展和可复用软件的基石。这些原则帮助开发者在设计类和对象时，能够考虑到代码的未来需求和变化，从而降低维护成本并提升软件质量。面向对象设计原则的核心思想是：创建具有良好内聚和松耦合系统的类和对象。本章将概览这些原则，并为后续章节中更深入的讨论做铺垫。

面向对象设计原则包括单一职责原则、开闭原则、里氏替换原则、接口隔离原则、依赖倒置原则和组合/聚合复用原则。这些原则相辅相成，共同指导着面向对象的设计实践。通过这些原则的应用，可以设计出更加灵活和可维护的软件系统。

理解这些原则的含义以及如何将它们应用于实际的项目中，是每个IT专业人员应该掌握的技能。本章将简要介绍这些设计原则，并指出其在软件设计中的重要性，为后续章节中每个原则的详细探讨打下基础。

# 2. 单一职责原则

### 2.1 理解单一职责原则

#### 2.1.1 定义和重要性

单一职责原则（Single Responsibility Principle，SRP）是面向对象设计中最基本的原则之一。它规定一个类应该只有一个改变的理由，换句话说，一个类应该只负责一项任务。这个原则由Robert C. Martin在1996年提出，目的是为了减少类之间的耦合，使系统更易于维护和扩展。

该原则的重要性在于其能够：

- 降低类的复杂度，一个类只做一件事。
- 提高类的可读性，更易于理解。
- 提高系统的可维护性，因为类的职责单一，使得错误的影响范围更小。
- 提高系统的可复用性，因为类的职责明确，可以被其他系统或模块复用。

#### 2.1.2 识别职责边界

在实际编码过程中，识别类的职责边界是一个挑战。为了正确实现单一职责原则，开发者需要具有良好的抽象和设计能力，能够将现实世界的需求映射到软件系统中的类和对象上。通常，可以使用如下的步骤来识别职责边界：

1. **功能分解**：将系统功能分解成一系列的小功能。
2. **角色定义**：识别出负责每项小功能的系统角色（可以是一个类或一个模块）。
3. **职责分配**：将小功能分配给适当的类或模块，确保每个类或模块只负责一个功能集合。
4. **复查和调整**：定期复查类的职责，并进行必要的调整，以确保它们继续满足SRP。

为了进一步辅助这一过程，开发者可以使用如下的一些工具和技术：

- **依赖图**：通过可视化依赖关系，可以更容易识别和分离职责。
- **重构**：随着系统的发展，类的职责可能发生变化，定期重构有助于维护职责的单一性。
- **单元测试**：编写测试用例可以确保类的行为不会在不经意间扩展，保持职责的单一性。

### 2.2 实践单一职责原则

#### 2.2.1 重构代码以分离职责

在现有代码中实践单一职责原则通常意味着需要进行重构。重构是持续改进软件质量的过程，其中一项重要的重构类型就是分解大类。以下是一些步骤和策略：

1. **确定重构候选**：找到那些明显包含多个职责的大类。
2. **提取方法**：将大类中的方法根据职责分组，并提取为独立的方法。
3. **提取类**：根据职责进一步将方法和相关数据提取为独立的类。
4. **移除重复代码**：确保提取的类和方法之间没有重复的代码。
5. **修改接口**：调整类的公共接口，确保其反映新的职责划分。
6. **编写测试**：为新的类和方法编写单元测试，确保重构不破坏原有功能。

// 示例：重构一个违反SRP的类
public class UserValidator {
    public boolean checkPassword(User user, String password) {
        // 密码验证逻辑
    }

    public boolean checkEmailFormat(String email) {
        // 邮箱格式验证逻辑
    }

    public void sendValidationEmail(User user) {
        // 发送验证邮件的逻辑
    }
}

// 重构后
public class UserValidator {
    private PasswordChecker passwordChecker = new PasswordChecker();
    private EmailFormatter emailFormatter = new EmailFormatter();
    private EmailSender emailSender = new EmailSender();

    public boolean validatePassword(User user, String password) {
        return passwordChecker.check(user, password);
    }

    public boolean validateEmailFormat(String email) {
        return emailFormatter.isValid(email);
    }

    public void sendValidationEmail(User user) {
        emailSender.send(user);
    }
}

在上述代码中，`UserValidator`类从负责多种验证到只负责验证用户信息，而其他职责（密码验证、邮箱格式验证、发送邮件）被分离到独立的类中。

#### 2.2.2 设计模式中的应用实例

单一职责原则在设计模式中有着广泛的应用。例如，**策略模式**允许在运行时选择算法的行为，每个算法都在一个独立的类中实现，每个类只负责一个算法的实现。下面是一个策略模式的简单示例：

// 策略接口
public interface ValidationStrategy {
    boolean execute(String data);
}

// 实现特定的验证算法
public class IsAllLowercase implements ValidationStrategy {
    public boolean execute(String data) {
        return data.matches("[a-z]+");
    }
}

public class IsNumeric implements ValidationStrategy {
    public boolean execute(String data) {
        return data.matches("\\d+");
    }
}

// 上下文类
public class Validator {
    private final ValidationStrategy strategy;

    public Validator(ValidationStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public boolean validate(String data) {
        return strategy.execute(data);
    }
}

// 使用策略模式的客户端代码
Validator numericValidator = new Validator(new IsNumeric());
Validator lowerCaseValidator = new Validator(new IsAllLowercase());

System.out.println(numericValidator.validate("12345")); // true
System.out.println(lowerCaseValidator.validate("abc")); // true

在这个例子中，`Validator`类只负责执行验证逻辑，而具体的验证规则由策略接口的实现类定义。这样，`Validator`类的职责就保持了单一性。

# 3. 开闭原则

开闭原则（Open-Closed Principle，OCP）是面向对象设计原则中的核心原则之一。它由Bertrand Meyer在1988年提出，主张软件实体（类、模块、函数等）应该对扩展开放，对修改关闭。本章将深入探讨开闭原则的概念、设计目标以及在实际开发中的应用，帮助读者更好地理解和实践这一原则。

## 3.1 理解开闭原则

### 3.1.1 概念解析和设计目标

开闭原则强调系统设计的两个基本特征：对扩展的开放性以及对修改的封闭性。具体来讲，当系统需要发生变化时，应该通过扩展系统行为的方式来应对变化，而不是修改系统既有的代码。这要求系统在设计时就应当具有足够的灵活性，以及对未来可能的需求变更具有一定的预见性。

为了实现开闭原则，设计目标可以概括为以下几点：

- **预见性和抽象**：在设计阶段就要考虑到未来可能会发生的变化，通过合理的抽象来隔离变化，使系统更易于扩展。
- **模块化**：通过模块化设计，可以将系统分解为多个相对独立的部分，每个部分只通过定义良好的接口进行通信，从而在不影响其他模块的前提下进行修改和扩展。
- **解耦**：尽量减少不同模块之间的耦合，耦合度越低，系统就越容易理解和维护，同时也就越容易进行扩展。

### 3.1.2 扩展性和灵活性的重要性

扩展性和灵活性是开闭原则的两大支柱。一个良好的设计应当能够适应未来的需求变更，这样可以减少维护成本，提高软件的可复用性和长期的可维护性。

- **扩展性**指的是系统能够容易地增加新的功能，同时不破坏现有的功能。
- **灵活性**则是在系统实现时，对于可能出现的变化能够灵活应对，以适应需求的多样性。

在软件开发过程中，业务需求和技术架构都可能发生变化。如果系统设计得足够灵活和可扩展，那么即使在外部环境发生变化时，也能在不修改原有代码的基础上，快速实现新的功能。

## 3.2 实践开闭原则

### 3.2.1 设计可扩展的类和接口

要实现开闭原则，设计时需要考虑如何使类和接口更容易被扩展。这通常涉及以下几个方面的实践：

- **使用接口而不是实现**：尽量依赖接口编程而不是具体实现。这样，当具体实现发生变化时，依赖于接口的部分不需要改动。
- **抽象和封装**：封装变化的部分，对可能变化的点进行抽象，并提供一个清晰的接口。
- **策略模式和模板方法模式**：使用设计模式，如策略模式或模板方法模式，来设计可以灵活替换行为的系统。

// 示例：使用策略模式设计可扩展的日志处理系统
public interface LoggerStrategy {
    void log(String message);
}

public class FileLogger implements LoggerStrategy {
    @Override
    public void log(String message) {
        // 实现消息写入文件
    }
}

public class ConsoleLogger implements LoggerStrategy {
    @Override
    public void log(String message) {
        // 实现消息输出到控制台
    }
}

public class Logger {
    private LoggerStrategy strategy;

    public Logger(LoggerStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void setLoggerStrategy(LoggerStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void logMessage(String message) {
        strategy.log(message);
    }
}

### 3.2.2 通过抽象避免修改现有代码

当需要增加新的功能或应对新的需求时，如果直接修改现有代码，那么风险将会很大，且容易引入新的错误。通过抽象，可以设计出灵活的系统，新的功能可以通过添加新的类和接口来实现，而不需要修改现有的代码。

// 示例：通过抽象避免修改现有代码
// 假设有一个消息处理器接口，以及相关的实现
public interface MessageHandler {
    void handleMessage(String message);
}

public class EmailHandler implements MessageHandler {
    @Override
    public void handleMessage(String message) {
        // 发送电子邮件处理消息
    }
}

// 如果现在需要处理短信消息，我们可以扩展MessageHandler接口，而不是修改现有的EmailHandler实现
public class SMSHandler implements MessageHandler {
    @Override
    public void handleMessage(String message) {
        // 发送短信处理消息
    }
}

// 系统的其他部分可以根据消息类型来调用不同的处理器，而无需关心具体的实现细节

## 表格展示

为了说明不同设计选择对系统可维护性的影响，可以制作一个简单的对比表格：

| 设计选择 | 扩展性 | 灵活性 | 可维护性 | 风险 |
|----------|--------|--------|----------|------|
| 开闭原则 | 高 | 高 | 高 | 低 |
| 直接修改代码 | 低 | 低 | 低 | 高 |

## Mermaid流程图

在设计系统时，可以使用Mermaid流程图来表示软件的各个模块如何通过接口进行交互，保证系统的可扩展性。

flowchart LR
    subgraph 系统模块
    A[核心模块] -->|接口| B[新模块1]
    A -->|接口| C[新模块2]
    A -->|接口| D[新模块3]
    end

## 代码块逻辑分析

在本章节中，代码块的逻辑是通过策略模式来实现一个可扩展的日志系统。它展示了如何通过接口定义来实现日志消息的多样处理方式。通过 Logger 类，我们可以灵活地切换日志处理策略，而无需修改 Logger 类内部的实现。

这种设计的好处在于，当我们需要新增一个日志处理方式时，只需添加一个新的实现了 LoggerStrategy 接口的类，并在 Logger 实例中设置相应的策略即可。这种做法大大提升了系统的可扩展性，并且遵循了开闭原则，即对扩展开放、对修改关闭。

通过对代码的逐行解读，我们可以看出每一步的逻辑设计，以及如何通过接口抽象来达到灵活扩展的目的。这样的设计模式在实际开发中极为常见，并且是实践开闭原则的有效手段之一。

通过上述章节的详细探讨，第三章“开闭原则”已经深入解析了该原则的理论基础和实践应用。开闭原则是构建高质量、易维护、可扩展软件系统的基石，而理解并实践这一原则，对于任何希望提升自身软件设计能力的IT专业人员而言，都是一个必不可少的步骤。

# 4. 里氏替换原则

### 4.1 理解里氏替换原则
#### 4.1.1 为什么需要子类替换父类

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle, LSP）是面向对象设计的五个基本原则之一，由芭芭拉·利斯科夫提出。它的核心思想是，子类对象能够在程序中代替其父类对象被使用，而不改变程序的正确性和期望行为。这一原则的提出，主要是为了解决继承带来的潜在问题，确保类型的正确使用。

在面向对象编程中，我们经常使用继承来实现代码的复用和多态。然而，并不是所有的子类都能够安全地替换它们的父类。如果子类在重写父类的方法时，改变了原有方法的含义，或者在父类中未被预期的场景中使用子类对象，就可能会导致程序的错误行为。

例如，假设有一个`Vehicle`基类和它的子类`Car`和`Truck`。根据里氏替换原则，我们可以期望在任何使用`Vehicle`对象的地方，替换为`Car`或`Truck`对象，程序依然能够正常工作。如果`Truck`类重写了`Vehicle`的某个方法，并且这个重写改变了方法的预期行为（比如，改变了速度限制），那么在使用`Vehicle`对象的地方替换为`Truck`，就可能导致问题。

为了保证类型的安全替换，子类应当增强父类的功能，而不是削弱或改变其原有行为。当子类设计得当时，它们可以被视为父类的一个特殊形式，而且这种替换对于使用这些对象的客户代码来说是透明的。

#### 4.1.2 替换原则的定义

里氏替换原则可以被形式化定义为：在任何使用父类的地方，都应该可以透明地替换为子类，而不影响程序的正确性和运行结果。这个定义要求子类和父类之间必须是“is-a”的关系。

在实践中，这个原则有以下几个具体要求：
- 子类必须实现父类的所有非私有成员方法，即子类应该具备父类的全部功能。
- 子类中对父类方法的重写，不应该减少方法输入参数的限制，同时不应该增加新的异常类型（除非是为了表示不可恢复错误）。
- 子类不能修改父类方法的行为，除非是增加额外的功能（如方法前置条件、后置条件的变化）。
- 子类应该能够被扩展而不破坏现有的系统行为。

违反里氏替换原则的情况往往需要通过重构代码来解决，以确保子类和父类之间的正确关系，以及整个系统的健壮性。

### 4.2 实践里氏替换原则

#### 4.2.1 遵守继承规则

要在实际编码中遵守里氏替换原则，需要注意以下几个关键点：

- 在设计类的继承层次时，需要深入思考子类和父类之间的关系，确保子类不仅仅是逻辑上是父类的特殊类型，而且在功能上也是父类功能的增强。
- 在重写父类方法时，不要改变方法的语义。即使需要添加额外的逻辑，也要确保原有的方法逻辑不被破坏，或者在添加逻辑的同时不会导致原有的逻辑变得无效。
- 如果发现一个子类需要重写的方法与父类的原有方法在逻辑上有很大不同，可能需要重新考虑设计，或者创建一个新的基类，然后让原父类和新子类继承这个新基类。
- 在使用继承来复用代码时，要特别注意子类对象是否能够安全地替换父类对象。如果不确定，可以通过设计测试用例来验证这种替换是否安全。

例如，在一个计算几何形状面积的系统中，我们有`Shape`这个基类和`Circle`、`Square`、`Triangle`等子类。根据LSP，当一个函数期望一个`Shape`参数时，我们可以传递任何`Shape`的子类，包括`Circle`或`Square`，而不影响函数的正确性。

#### 4.2.2 设计示例和代码实践

下面通过一个简单的例子来展示如何在设计中应用里氏替换原则：

首先定义一个`Vehicle`基类：

public abstract class Vehicle {
    public abstract void drive();
}

然后创建`Car`和`Truck`两个子类：

public class Car extends Vehicle {
    @Override
    public void drive() {
        System.out.println("Driving a car");
    }
}

public class Truck extends Vehicle {
    @Override
    public void drive() {
        System.out.println("Driving a truck");
    }
    public void loadCargo() {
        // 特定于卡车的行为
    }
}

在这个例子中，`Car`和`Truck`都遵循了里氏替换原则，因为它们都实现了`drive()`方法。如果系统中有一个函数期望接收一个`Vehicle`类型的参数：

public void processVehicle(Vehicle vehicle) {
    vehicle.drive();
}

我们可以安全地传递一个`Car`或者`Truck`对象给这个函数，因为它们都是`Vehicle`的合法实例：

Vehicle car = new Car();
Vehicle truck = new Truck();

processVehicle(car);   // 输出 "Driving a car"
processVehicle(truck); // 输出 "Driving a truck"

即使`Truck`类还包含额外的`loadCargo()`方法，它仍然符合里氏替换原则。通过这种方式，我们确保了类型的正确使用，并且保证了代码的可维护性和可扩展性。

设计中应用里氏替换原则，需要对代码的逻辑和结构有深刻的理解，并且需要对不同类之间的职责进行清晰的划分。当继承层次结构中的各个类都遵守里氏替换原则时，它们之间就能够形成一个稳定、可靠的层次关系，为系统的演化提供坚实的结构基础。

# 5. 接口隔离原则

## 5.1 理解接口隔离原则

### 5.1.1 细粒度接口的优势

接口隔离原则（Interface Segregation Principle, ISP）强调的是系统中不应该强迫客户端依赖于它们不用的方法。当一个接口过于臃肿，包含了许多客户端不需要的方法时，这个接口就违反了接口隔离原则。细粒度接口是指将接口拆分为更小的部分，这样客户端只需要依赖于它们实际需要的方法。这样的设计有几个好处：

- **更低的耦合度**：客户端不需要了解并实现他们不使用的接口方法。
- **更高的可维护性**：当接口的某部分需要更新时，影响的范围局限于特定的接口，不会对其他客户端产生不良影响。
- **更好的扩展性**：添加新的功能时，只需要创建新的接口而不是修改现有的接口。

### 5.1.2 接口与实现的分离

接口与实现的分离是面向对象设计中的一个核心概念。实现接口的方式多种多样，但关键在于接口只定义了客户端期望的契约，而不涉及具体的实现细节。这样一来，客户端仅需关心接口的功能，而具体的实现细节可以根据不同的需求灵活变更。

这种分离还带来了一个重要的好处，那就是可以在不改变已有客户端代码的情况下，更新或替换实现。这种设计允许系统更加灵活，有利于系统功能的分层和模块化。

## 5.2 实践接口隔离原则

### 5.2.1 设计小而专注的接口

为了实践接口隔离原则，需要从系统需求出发，识别出各个组件所承担的职责，并根据职责定义出小而专注的接口。这样的设计不仅可以减少接口的复杂性，还可以提高代码的可读性和可测试性。

当设计一个数据库操作模块时，可以将数据访问接口拆分成 `IDatabaseConnection` 和 `IResultSet`：

public interface IDatabaseConnection
{
    void Open();
    void Close();
}

public interface IResultSet
{
    bool HasMoreData();
    object GetData();
}

`IDatabaseConnection` 负责数据库连接的打开和关闭，而 `IResultSet` 负责结果集的数据处理。这样，使用数据库的客户端代码只需要依赖于这些最小化的接口。

### 5.2.2 重构示例：将大型接口分解

假设我们有一个 `IUserManager` 接口，它包含了很多与用户管理相关的操作：

public interface IUserManager
{
    void CreateUser(User user);
    User GetUser(int userId);
    void UpdateUser(User user);
    void DeleteUser(int userId);
    List<User> GetUsersByRole(string role);
}

随着时间的推移，某些操作变得多余或不常使用，接口变得庞大且不灵活。为了解决这个问题，我们可以将 `IUserManager` 分解为更小的接口：

public interface IUserCreator
{
    void CreateUser(User user);
}

public interface IUserRetriever
{
    User GetUser(int userId);
    List<User> GetUsersByRole(string role);
}

public interface IUserUpdater
{
    void UpdateUser(User user);
}

public interface IUserDeleter
{
    void DeleteUser(int userId);
}

然后，原先的 `IUserManager` 接口可以依赖于这些更细粒度的接口：

public interface IUserManager : IUserCreator, IUserRetriever, IUserUpdater, IUserDeleter
{
}

通过这样的分解，实现了接口的隔离，每个接口只包含一小部分相关的操作，而且各个接口之间的依赖关系也变得更加清晰。

这种接口的重新设计通常需要考虑到现有代码的兼容性问题，可能需要逐步过渡或使用适配器模式来维持系统的稳定运行。但是，一旦完成，系统将更容易维护和扩展，而且各个组件之间的耦合度也会大大降低。

# 6. 依赖倒置原则和组合/聚合复用原则

## 6.1 理解依赖倒置原则

### 6.1.1 高层模块与低层模块的依赖关系
在软件开发中，依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle, DIP）是一种提出高层模块不应依赖低层模块，它们都应该依赖于抽象的指导思想。这意味着高层策略代码不应当直接引用低层细节代码，而是应当通过定义好的接口或抽象类来与之交互。

依赖倒置原则的核心在于以下几点：
- 高层模块不应该依赖于低层模块，两者都应该依赖于抽象。
- 抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。

### 6.1.2 抽象不应该依赖于细节
依赖细节会导致系统难以维护和扩展，因为任何底层实现的改动都可能影响到依赖它的高层模块。通过让高层模块依赖于一个抽象接口，我们可以确保当底层实现变化时，只要遵循相同的接口，高层模块就不会受到影响。

例如，如果一个高层模块依赖于一个具体的数据库访问类，那么当数据库访问策略改变时，高层模块可能需要进行修改。但是，如果高层模块依赖于一个数据库访问的抽象接口，那么我们可以自由地更换不同的数据库访问实现，而无需改动高层模块的代码。

## 6.2 理解组合/聚合复用原则

### 6.2.1 复用的最佳实践
组合/聚合复用原则（Composite/Aggregate Reuse Principle, CARP）是一种软件设计原则，它建议优先使用对象组合（Composition）而不是类继承（Inheritance）来实现代码复用。该原则通过聚合和组合来创建更加灵活和可维护的系统。

组合和聚合的区别在于：
- 聚合（Aggregation）代表了"拥有"的关系，一个对象可能包含一组子对象，但是子对象可以独立于这个对象存在。
- 组合（Composition）代表了"整体与部分"的关系，部分对象的存在完全依赖于整体对象，无法独立存在。

### 6.2.2 设计对象组合和聚合的方式
在设计系统时，我们可以根据业务需求和系统结构选择合适的方式。组合更加强调整体和部分之间紧密的生命周期依赖，而聚合则提供了更松散的连接方式。通常，聚合用于设计松耦合系统，这在面向对象设计中非常常见和有用。

## 6.3 实践依赖倒置和复用原则

### 6.3.1 设计松耦合的系统架构
要实践依赖倒置原则，关键在于设计一个依赖于抽象的系统，而不是依赖于具体实现的系统。下面是一些有助于实现这一点的设计建议：
- 使用接口来定义组件之间的交互。
- 使高层策略类依赖于这些接口，而不是依赖于实现这些接口的具体类。
- 通过依赖注入（Dependency Injection, DI）来配置和实现这些依赖关系。

### 6.3.2 实例分析：代码复用策略
考虑一个简单的电子商务应用，其中包含`Order`类和`ShippingService`类。`Order`类需要与不同的`ShippingService`实现交互，但不依赖于任何特定的实现。

**代码示例：**

// 定义一个通用的运输服务接口
public interface ShippingService {
    void ship(Order order);
}

// 实现一个运输服务
public class StandardShippingService implements ShippingService {
    @Override
    public void ship(Order order) {
        // 实现标准运输逻辑
    }
}

// Order类，依赖于ShippingService接口
public class Order {
    private ShippingService shippingService;

    // 通过构造函数注入ShippingService
    public Order(ShippingService shippingService) {
        this.shippingService = shippingService;
    }

    public void placeOrder() {
        // 订单处理逻辑...
        // 使用shippingService来运输订单
        shippingService.ship(this);
    }
}

在这个例子中，`Order`类并不知道它正在使用的是`StandardShippingService`还是任何其他实现了`ShippingService`接口的类。这使得系统容易扩展，也易于维护。如果将来有了新的运输方式，我们只需实现一个新的`ShippingService`接口，然后将新的实现传递给`Order`对象即可。

**使用场景分析：**
1. 在`Order`类中添加`void setShippingService(ShippingService shippingService)`方法来实现运行时的依赖替换。
2. 在初始化`Order`对象时使用依赖注入框架（如Spring）来提供具体的`ShippingService`实例。

通过上述设计，我们创建了一个灵活且可扩展的系统，它遵守了依赖倒置原则和组合/聚合复用原则，这有助于我们构建更加稳定和可维护的软件应用。