深入理解设计模式核心原则：里氏替换准则的应用与解析

设计模式六大原则&＃xff08;2&＃xff09;&＃xff1a;里氏替换原则

是不是有不少人跟我刚看到这项原则的时候一样&＃xff0c;对这个原则的名字充满疑惑其实原因就是这项原则最早是在1988年&＃xff0c;由麻省理工学院的一位姓里的女士&＃xff08;Barbara Liskov&＃xff09;提出来的。

2002年&＃xff0c;软件工程大师Robert C. Martin&＃xff0c;出版了一本《Agile Software Development Principles Patterns and Practices》&＃xff0c;在文中他把里氏代换原则最终简化为一句话&＃xff1a;

“Subtypes must be substitutable for their base types”。也就是&＃xff0c;子类必须能够替换成它们的基类&＃xff08;父类&＃xff09;。

我们把里氏代换原则解释得更完整一些&＃xff1a;在一个软件系统中&＃xff0c;子类应该可以替换任何基类&＃xff08;父类&＃xff09;能够出现的地方&＃xff0c;并且经过替换以后&＃xff0c;代码还能正常工作。

里氏代换原则目的就是要保证继承关系的正确性

里氏代换原则是实现抽象化的一种规范。违反里氏代换原则意味着违反了开闭原则&＃xff0c;反之未必。里氏代换原则是使代码符合开闭原则的一个重要保证。

    实现开闭原则的关键步骤是抽象化&＃xff0c;基类与子类之间的继承关系就是一种抽象化的体现。因此&＃xff0c;里氏代换原则是实现抽象化的一种规范。违反里氏代换原则意味着违反了开闭原则&＃xff0c;反之未必。里氏代换原则是使代码符合开闭原则的一个重要保证。

通过里氏代换原则给我们带来了什么样的启示&＃xff1f;
    类的继承原则&＃xff1a;如果一个继承类的对象可能会在基类出现的地方出现运行错误&＃xff0c;则该子类不应该从该基类继承&＃xff0c;或者说&＃xff0c;应该重新设计它们之间的关系。
    动作正确性保证&＃xff1a;符合里氏代换原则的类扩展不会给已有的系统引入新的错误。

举例说明继承的风险&＃xff0c;我们需要完成一个两数相减的功能&＃xff0c;由类A来负责。

class A{ public int func1(int a, int b){ return a-b; }
} public class Client{ public static void main(String[] args){ A a &＃61; new A(); System.out.println("100-50&＃61;"&＃43;a.func1(100, 50)); System.out.println("100-80&＃61;"&＃43;a.func1(100, 80)); }
}


运行结果&＃xff1a;

100-50&＃61;50
100-80&＃61;20

  后来&＃xff0c;我们需要增加一个新的功能&＃xff1a;完成两数相加&＃xff0c;然后再与100求和&＃xff0c;由类B来负责。即类B需要完成两个功能&＃xff1a;

• 两数相减。
• 两数相加&＃xff0c;然后再加100。

        由于类A已经实现了第一个功能&＃xff0c;所以类B继承类A后&＃xff0c;只需要再完成第二个功能就可以了&＃xff0c;代码如下&＃xff1a;

class B extends A{ public int func1(int a, int b){ return a&＃43;b; } public int func2(int a, int b){ return func1(a,b)&＃43;100; }
} public class Client{ public static void main(String[] args){ B b &＃61; new B(); System.out.println("100-50&＃61;"&＃43;b.func1(100, 50)); System.out.println("100-80&＃61;"&＃43;b.func1(100, 80)); System.out.println("100&＃43;20&＃43;100&＃61;"&＃43;b.func2(100, 20)); }
}

类B完成后&＃xff0c;运行结果&＃xff1a;

100-50&＃61;150
100-80&＃61;180
100&＃43;20&＃43;100&＃61;220

        我们发现原本运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类B在给方法起名时无意中重写了父类的方法&＃xff0c;造成所有运行相减功能的代码全部调用了类B重写后的方法&＃xff0c;造成原本运行正常的功能出现了错误。在本例中&＃xff0c;引用基类A完成的功能&＃xff0c;换成子类B之后&＃xff0c;发生了异常。在实际编程中&＃xff0c;我们常常会通过重写父类的方法来完成新的功能&＃xff0c;这样写起来虽然简单&＃xff0c;但是整个继承体系的可复用性会比较差&＃xff0c;特别是运用多态比较频繁时&＃xff0c;程序运行出错的几率非常大。如果非要重写父类的方法&＃xff0c;比较通用的做法是&＃xff1a;原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类&＃xff0c;原有的继承关系去掉&＃xff0c;采用依赖、聚合&＃xff0c;组合等关系代替。

 里氏替换原则通俗的来讲就是&＃xff1a;子类可以扩展父类的功能&＃xff0c;但不能改变父类原有的功能。它包含以下4层含义&＃xff1a;

• 子类可以实现父类的抽象方法&＃xff0c;但不能覆盖父类的非抽象方法。
• 子类中可以增加自己特有的方法。
• 当子类的方法重载父类的方法时&＃xff0c;方法的前置条件&＃xff08;即方法的形参&＃xff09;要比父类方法的输入参数更宽松。
• 当子类的方法实现父类的抽象方法时&＃xff0c;方法的后置条件&＃xff08;即方法的返回值&＃xff09;要比父类更严格。
  

    因为我们会发现在自己编程中常常会违反里氏替换原则&＃xff0c;程序照样跑的好好的。所以大家都会产生这样的疑问&＃xff0c;假如我非要不遵循里氏替换原则会有什么后果&＃xff1f;

        后果就是&＃xff1a;你写的代码出问题的几率将会大大增加。