面向对象设计原则（六）——里氏代换原则

里氏代换原则(Liskov Substitution Principle LSP)面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。 LSP是继承复用的基石，只有当衍生类可以替换掉基类，软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。

里氏替换原则指导思想：

 1、在软件中如果能够使用基类对象，那么一定能够使用其子类对象。把基类都替换成它的子类，程序将不会产生任何错误和异常，反过来则不成立，如果一个软件实体使用的是一个子类的话，那么它不一定能够使用基类。

   2、 里氏代换原则是实现开闭原则的重要方式之一，由于使用基类对象的地方都可以使用子类对象，因此在程序中尽量使用基类类型来对对象进行定义，而在运行时再确定其子类类型，用子类对象来替换父类对象。 

示例：

LSP讲的是基类和子类的关系。只有当这种关系存在时，里氏代换关系才存在。如果两个具体的类A，B之间的关系违反了LSP的设计，(假设是从B到A的继承关系)那么根据具体的情况可以在下面的两种重构方案中选择一种。

　　-----创建一个新的抽象类C，作为两个具体类的超类，将A，B的共同行为移动到C中来解决问题。

　　-----从B到A的继承关系改为委派关系。

为了说明，我们先用第一种方法来看一个例子，第二种办法在另外一个原则中说明。我们就看那个著名的长方形和正方形的例子。对于长方形的类，如果它的长宽相等，那么它就是一个正方形，因此，长方形类的对象中有一些正方形的对象。对于一个正方形的类，它的方法有个setSide和getSide，它不是长方形的子类，和长方形也不会符合LSP。

　　eg:

　　长方形类：

　　public class Rectangle{

　　...

　　setWidth(int width){

　　this.width=width;

　　}

　　setHeight(int height){

　　this.height=height

　　}

　　}

　　正方形类：

　　public class Square{

　　...

　　setWidth(int width){

　　this.width=width;

　　this. height=width;

　　}

　　setHeight(int height){

　　this.setWidth(height);

　　}

　　}

　　例子中改变边长的函数：

　　public void resize(Rectangle r){

　　while(r.getHeight()<=r.getWidth){

　　r.setHeight(r.getWidth+1);

　　}

　　}

　　那么，如果让正方形当做是长方形的子类，会出现什么情况呢？我们让正方形从长方形继承，然后在它的内部设置width等于height，这样，只要width或者height被赋值，那么width和height会被同时赋值，这样就保证了正方形类中，width和height总是相等的.现在我们假设有个客户类，其中有个方法，规则是这样的，测试传入的长方形的宽度是否大于高度，如果满足就停止下来，否则就增加宽度的值。现在我们来看，如果传入的是基类长方形，这个运行的很好。根据LSP，我们把基类替换成它的子类，结果应该也是一样的，但是因为正方形类的width和height会同时赋值，这个方法没有结束的时候，条件总是不满足，也就是说，替换成子类后，程序的行为发生了变化，它不满足LSP。

　　那么我们用第一种方案进行重构，我们构造一个抽象的四边形类，把长方形和正方形共同的行为放到这个四边形类里面，让长方形和正方形都是它的子类，问题就OK了。对于长方形和正方形，取width和height是它们共同的行为，但是给width和height赋值，两者行为不同，因此，这个抽象的四边形的类只有取值方法，没有赋值方法。上面的例子中那个方法只会适用于不同的子类，LSP也就不会被破坏。

某系统需要实现对重要数据（如用户密码）的加密处理，在数据操作类(DataOperator)中需要调用加密类中定义的加密算法，系统提供了两个不同的加密类，CipherA和CipherB，它们实现不同的加密方法，在DataOperator中可以选择其中的一个实现加密操作。如图所示：

 

图（一）

图（二）

 图（一）为什到图（二）哪？因为如果需要更换一个加密算法类或者增加并使用一个新的加密算法类，如将CipherA改为CipherB，则需要修改客户类Client和数据操作类DataOperator的源代码，违背了开闭原则。现使用里氏代换原则对其进行重构，使得系统可以灵活扩展，符合开闭原则。

注意事项：

　　在进行设计的时候，我们尽量从抽象类继承，而不是从具体类继承。如果从继承等级树来看，所有叶子节点应当是具体类，而所有的树枝节点应当是抽象类或者接口。当然这个只是一个一般性的指导原则，使用的时候还要具体情况具体分析。