里氏替换原则

红枫忆梦

于 2019-03-06 20:53:42 发布

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分类专栏：设计模式和原则文章标签：里氏替换原则六大原则

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里氏替换原则

肯定有不少人跟我刚看到这项原则的时候一样，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，由麻省理工学院的一位姓里的女士（Barbara Liskov）提出来的。

定义 1

如果对每一个类型为 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。

定义 2

所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。

问题由来

有一功能 P1，由类 A 完成。现需要将功能 P1 进行扩展，扩展后的功能为 P，其中 P 由原有功能 P1 与新功能 P2 组成。新功能 P 由类 A 的子类 B 来完成，则子类 B 在完成新功能 P2 的同时，有可能会导致原有功能 P1 发生故障。

解决方案

当使用继承时，遵循里氏替换原则。类 B 继承类 A 时，除添加新的方法完成新增功能 P2 外，尽量不要重写父类 A 的方法，也尽量不要重载父类 A 的方法。
继承包含这样一层含义： 父类中凡是已经实现好的方法（相对于抽象方法而言），实际上是在设定一系列的规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵从这些契约，但是如果子类对这些非抽象方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。而里氏替换原则就是表达了这一层含义。
继承作为面向对象三大特性之一，在给程序设计带来巨大便利的同时，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，增加了对象间的耦合性，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会产生故障。举例说明继承的风险，我们需要完成一个两数相减的功能，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 = new A();
		System.out.println("100-50="+a.func1(100,50));
		System.out.println("100-80="+a.func1(100,80));
	}
}

运行结果：
100-50=50
100-80=20

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

两数相减。
两数相加，然后再加 100。

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

class B extends A{
	public int func1(int a,int b){
		return a+b;
	}

	public int func2(int a,int b){
		return func1(a,b)+100;
	}
}

public class Client{
	public static void main(String[] args){
		B b = new B();
		System.out.println("100-50="+b.func1(100,50));
		System.out.println("100-80="+b.func1(100,80));
		System.out.println("100+20+100="b.func2(100,20));
	}
}

类 B 完成后，运行结果：
100-50=150
100-80=180
100+20+100=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，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，造成原本运行正常的功能出现了错误。在本例中，引用基类 A 完成的功能，换成子类 B 之后，发生了异常。在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的几率非常大。如果非要重写父类的方法，比较通用的做法是：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。
里氏替换原则通俗的来讲就是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。 它包含以下 4 层含义：