软件设计原则（三）里氏替换原则 -Liskov Substitution Principle

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。

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。

LSP，Liskov Substitution Principle：

1） If for each object s of type S, there is an objectt of type T such that for all programs P defined in terms of T, the behavior of P is unchanged when s is substituted fort when S is a subtype of T.

2) Functions that use pointers or references to base classes must be able to user objects of derived classes without knowing it.

所有引用基类的地方，都能透明地替换成其子类对象。只要父类能出现的地方，子类就可以出现。

引入里氏替换原则能充分发挥继承的优点、减少继承的弊端。

继承的优点：

代码共享，减少创建类的工作量；每个子类都有父类的方法和属性；
提高代码重用性；
子类可以形似父类，但又异于父类；
提高代码可扩展性；
提高产品开放性。

继承的缺点：

继承是侵入性的——只要继承，就必须拥有父类的属性和方法；
降低代码的灵活性——子类必须拥有父类的属性和方法，让子类自由的世界多了些约束；
增强了耦合性——当父类的属性和方法被修改时，必须要考虑子类的修改。

示例（继承的缺点）：

原有类A，实现减法功能：

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));
}
}

新增需求：新增两数相加、然后再与100求和的功能，由类B来负责

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));
}
}

OOPS! 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！

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：

LSP为继承定义了一个规范，包括四层含义：

1）子类必须完全实现父类的方法

如果子类不能完整地实现父类的方法，或者父类的某些方法在子类中已经发生畸变；则建议不要用继承，而采用依赖、聚集、组合等关系代替继承。

例如：父类AbstractGun有shoot()方法，其子类ToyGun不能完整实现父类的方法（玩具枪不能射击，ToyGun.shoot()中没有任何处理逻辑），则应该断开继承关系，另外建一个AbstractToy父类。

2）子类可以有自己得个性

即，在子类出现的地方，父类未必就能替代。

3）重载或实现父类方法时，输入参数可以被放大（入参可以更宽松）

否则，用子类替换父类后，会变成执行子类重载后的方法，而该方法可能“歪曲”父类的意图，可能引起业务逻辑混乱。

4）重写或实现父类方法时，返回类型可以被缩小（返回类型更严格）

建议：

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。

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。

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。

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