里氏替换原则--学习笔记

最新推荐文章于 2024-03-13 10:47:26 发布

Aussie_

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分类专栏：软件工程文章标签：程序人生

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里氏替换原则规定，所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。继承时应保持父类方法不变，子类可以扩展功能但避免重写父类方法，以维护系统的稳定性和可扩展性。违反此原则可能导致程序运行错误，降低代码的可复用性和可维护性。

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定义

里氏替换原则的定义是：所有引用基类的地方必须能透明化地使用其子类的对象。

里氏替换原则针对的问题

有一个功能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。

里氏替换原则的解决方案

当使用继承的时候，遵循里氏替换原则。类B继承类A的时候，除了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：父类中范式已经实现好的方法（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。

继承作为面向对象的三大特征之一，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，增加了对象之间的耦合性。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。

里氏替换原则的案例

关于里氏替换原则的例子，最有名的是【正方形不是长方形】。当然，生活中也有很多类似的例子，例如，企鹅、鸵鸟和几维鸟从生物学的角度来划分，它们属于鸟类；但是从类的继承关系来看，由于它们不能继承鸟类会飞的功能，所以它们不能被定义成鸟类的子类。如果要强行定义为鸟类的子类，则有一些行为是需要重写鸟类的行为的，这样就违背了里氏替换原则。

这里以【几维鸟不是鸟】为例来说明里氏替换原则
在这里插入图片描述

public class LspTest {
    public static void main(String[] args) {
        Bird bird1 = new Swallow();
        Bird bird2 = new BrownKiwi();
        bird1.setSpeed(120);
        bird2.setSpeed(120);
        System.out.println("如果飞行300公里：");
        try {
            System.out.println("燕子将飞行" + bird1.getFlyTime(300) + "小时。"); // 燕子将飞行2.5小时。
            System.out.println("几维鸟将飞行" + bird2.getFlyTime(300) + "小时。"); // 几维鸟将飞行Infinity小时。
        } catch (Exception err) {
            System.out.println("发生错误了！");
        }
    }
}

// 鸟类
class Bird {
    double flySpeed;

    public void setSpeed(double speed) {
        flySpeed = speed;
    }

    public double getFlyTime(double distance) {
        return (distance / flySpeed);
    }
}

// 燕子类
class Swallow extends Bird {
}

// 几维鸟类
class BrownKiwi extends Bird {
    public void setSpeed(double speed) {
        flySpeed = 0;
    }
}

这里，因为几维鸟类重写了鸟类的setSpeed方法，导致了程序发生错误，违背了里氏替换原则。正确的做法应该是取消几维鸟原来的继承关系，定义鸟类和几位鸟类的更一般的父类，比如动物类。他们都拥有奔跑的能力。几维鸟的飞行速度虽然为0，但是奔跑速度不为0，可以计算出其奔跑300千米所要花费的时间。

在这里插入图片描述

public class LspTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Animal bird_swallow = new Bird_Swallow();
        Animal notBird_brownKiwi = new NotBird_BrownKiwi();
        bird_swallow.setSpeed(120);
        notBird_brownKiwi.setSpeed(120);
        System.out.println("如果移动300公里：");
        try {
            System.out.println("燕子将花费" + bird_swallow.getFlyTime(300) + "小时。"); // 燕子将花费2.5小时。
            System.out.println("几维鸟将花费" + notBird_brownKiwi.getFlyTime(300) + "小时。"); // 几维鸟将花费2.5小时。
        } catch (Exception err) {
            System.out.println("发生错误了！");
        }
    }
}

// 动物类
class Animal {
    private double speed;

    public void setSpeed(double speed) {
        this.speed = speed;
    }

    public double getFlyTime(double distance) {
        return (distance / speed);
    }
}

// 燕子类
class Bird_Swallow extends Animal {
}

// 几维鸟类
class NotBird_BrownKiwi extends Animal {

}