设计模式六大原则之里氏替换原则

1 里氏替换原则定义

Liskov于1987年提出了一个关于继承的原则“Inheritance should ensure that any property proved about supertype objects also holds for subtype objects.”——“继承必须确保父类所拥有的性质在子类中仍然成立。”也就是说，当一个子类的实例应该能够替换任何其父类的实例时，它们之间才具有is-A关系。该原则称为Liskov Substitution Principle——里氏替换原则。

2 经典案例

2.1 正方形不是长方形

在我们的认知范围内，长方形的长不等于宽，正方形是长等于宽的长方形，正方形是一种特殊的长方形。但在实际编码过程中遇到的情况是怎么样的呢，通过代码分析：

 public class Rectangle
    {
        public virtual  int Width { get; set; }
        public virtual  int Height{ get; set; }
        public int Area()
        {
            return Width * Height;
        }
    }
    public class Square : Rectangle
    {
        public override int Width
        {
            get
            {
                return base.Width;
            }
            set
            {
                base.Width = value;
                base.Height = value;
            }
        }
        public override int Height
        {
            get
            {
                return base.Height;
            }
            set
            {
                base.Height = value;
                base.Width = value;
            }
        }
    }

Square继承Rectangle。按照里氏替换原则原则，只要是父类出现的地方都可以用子类进行替换。

 public static void TestMethod(Rectangle rec)
        {
            rec.Width = 10;
            rec.Height = 15;
            var area = rec.Area();
            Assert.AreEqual(150, area);
        }

那么该方法中的Rectangle rec是可以替换成Square的。我们试试：

 static void Main(string[] args)
        {
            Rectangle r = new Rectangle();
            TestMethod(r);
            Square s = new Square();
            TestMethod(s);
        }

运行结果如下：

说明正方形是特殊的长方形违背了里氏替换原则。

2.2 鸵鸟非鸟

根据生物学的定义鸵鸟实实在在是鸟类，有羽毛几乎覆盖全身的卵生脊椎动物，温血卵生，用肺呼吸，几乎全身有羽毛，后肢能行走，前肢变为翅，大多数能飞。定义一个鸟类，定义一个继承鸟类的鸵鸟类。

public class Bird
    {
        public virtual int FlySpeed{get;set;}
        public void Fly() { }
    }
    public class Ostrich : Bird
    {
        public override int FlySpeed
        {
            get
            {
                return base.FlySpeed;
            }
            set
            {
                base.FlySpeed = 0;//不会飞 飞不起来
            }
        }
    }

鸵鸟不会飞啊，所以速度为0.

 class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Ostrich os = new Ostrich();
            var time = CalculationFlyTime(os);
            Console.ReadKey();
        }
      
        public static double CalculationFlyTime(Bird bird)
        {
            return 100 / bird.FlySpeed;
        }

    }

运行程序报错：

3.总结

所谓对象是一组状态和一系列行为的组合。状态是对象的内在特性，行为是对象的外在特性。LSP所表述的就是在同一个继承体系中的对象应该有共同的行为特征。我们在设计对象时是按照行为进行分类的，只有行为一致的对象才能抽象出一个类来。设置长方形的长度的时候，它的宽度保持不变，设置宽度的时候，长度保持不变。正方形的行为：设置正方形的长度的时候，宽度随之改变；设置宽度的时候，长度随之改变。所以，如果我们把这种行为加到基类长方形的时候，就导致了正方形无法继承这种行为。我们“强行”把正方形从长方形继承过来，就造成无法达到预期的结果。鸵鸟非鸟，能飞是鸟的特性，但鸵鸟是不能飞的，我们强行将其归为鸟类，最终导致代码出错。

所有子类的行为功能必须和其父类持一致，如果子类达不到这一点，那么必然违反里氏替换原则。在实际的开发过程中，不正确的派生关系是非常有害的。伴随着软件开发规模的扩大，参与的开发人员也越来越多，每个人都在使用别人提供的组件，也会为别人提供组件。最终，所有人的开发的组件经过层层包装和不断组合，被集成为一个完整的系统。每个开发人员在使用别人的组件时，只需知道组件的对外裸露的接口，那就是它全部行为的集合，至于内部到底是怎么实现的，无法知道，也无须知道。所以，对于使用者而言，它只能通过接口实现自己的预期，如果组件接口提供的行为与使用者的预期不符，错误便产生了。里氏替换原则就是在设计时避免出现派生类与基类不一致的行为。