设计模式七大原则——里氏替换原则

一、面向对象中继承性的思考和说明

　　（1）继承包含这样一层含义：父类中凡是已经实现好的方法，实际上是在设定规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵循这些契约，但是如果子类对这些已经实现的方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。

　　（2）继承在给程序设计带来便利的同时，也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性，程序的可移植性降低， 增加对象间的耦合性，如果一个类被其他的类所继承，则当这个类需要修改时，必须考虑到所有的子类，并且父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能产生故障

　　（3）问题提出：在编程中，如何正确的使用继承？

　　　　  答案就是遵循里氏替换原则

二、基本介绍

　　（1）背景介绍

　　在面向对象的程序设计中，里氏替换原则（Liskov Substitution principle）是对子类型的特别定义。它由麻省理工学院电子电气与计算机科学系教授芭芭拉·利斯科夫（Barbara Liskov）在1987年在一次会议上名为“数据的抽象与层次”的演说中首先提出。里氏替换原则的内容可以描述为：“派生类（子类）对象可以在程式中代替其基类（超类）对象。” 以上内容并非利斯科夫的原文，而是译自罗伯特·马丁（Robert Martin）对原文的解读。芭芭拉·利斯科夫与周以真（Jeannette Wing）在1994年发表论文并提出以上的Liskov代换原则。

　　（2）具体表述

　　如果对每个类型为 T1 的对象 O1，都有类型为 T2 的对象 O2，使得以 T1 定义的所有程序 P 在所有的对象 O1 都代换成 O2 时，程序 P 的行为没有发生变化，那么类型 T2 是类型 T1 的子类型。

　　换句话说，所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。

　　在使用继承时，遵循里氏替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法

　　里氏替换原则告诉我们，继承实际上让两个类耦合性增强了，在适当的情况下，可以通过聚合、组合、依赖来解决问题

三、应用实例

　　先来看一段程序代码：

package edu.hbeu.principle.liskov;

public class Liskov1 {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
        System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));

        System.out.println("=======================");
        B b = new B();
        System.out.println("11-3=" + b.func1(11, 3));//本意是要求出11-3的结果
        System.out.println("1-8=" + b.func1(1, 8));//本意是要求出1-8的结果
        System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
    }
}


class A {
    //返回两数之差
    public int func1(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
}

//增加了一个新功能：完成两个数相加，然后和9求和
class B extends A {
    //重写了A类的方法，这种重写可能是无意识的
    @Override
    public int func1(int num1, int num2) {
        return num1 + num2;
    }

    public int func2(int a, int b) {
        return func1(a, b) + 9;
    }
}

　　运行结果：

　　

 　　分析：

　　　　由于类B继承类A之后重写了类A的方法，导致其功能发生变化，最终导致错误的结果，这种重写可能是无意识的，但是在项目开发中可能经常会碰到，所以我们需要遵循里氏替换原则来对继承进行解耦

　　解决方案：

　　（1）我们发现原来运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类B无意中重写了父类的方法，造成原有功能出现错误。在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法完成新的功能，这样写起来虽然简单，但整个继承体系的复用性会比较差。特别是运行多态比较频繁的时候

　　（2）通用的做法是：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖、聚合、组合等关系代替。

　　

　　代码实现：

　　　　这里我们采用组合关系来代替继承，类图如下：

　　　　

　　具体代码：

public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
        System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));

        System.out.println("=======================");
        B b = new B();
        //B类不再继承A类，因此调用者，不再认为func1是求减法，调用完成的功能就会很明确
        System.out.println("11+3=" + b.func1(11, 3));//本意是求11+3
        System.out.println("1+8=" + b.func1(1, 8));//本意是求1+8
        System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));

        //使用组合，仍然可以使用到A的相关方法
        System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));
    }
}

//创建一个更加基础的类
class Base {
    //把更加基础的方法和成员写到Base
}

class A extends Base {
    //返回两数之差
    public int func1(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
}

class B extends Base {
    //B类中使用A类的方法，使用组合的关系
    private A a = new A();

    public int func1(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    public int func2(int a, int b) {
        return func1(a, b) + 9;
    }

    //仍然使用A类中的方法
    public int func3(int a, int b) {
        return this.a.func1(a, b);
    }
}

　　运行结果：

　　

 　　总结：使原有的父类和子类都继承一个更通俗的基类，并用组合关系来代替原有的继承关系来遵循里氏替换原则，降低了代码的耦合度，解决了使用继承特性时对代码造成的侵入