设计原则——里氏替换原则

1.全称

liskov substitution principle
缩写为：LSP

2.解释

继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立
里氏替换原则主要阐述了有关继承的一些原则，也就是什么时候应该使用继承，什么时候不应该使用继承，以及其中蕴含的原理。
里氏替换原是继承复用的基础，它反映了基类与子类之间的关系，是对开闭原则的补充，是对实现抽象化的具体步骤的规范

3.里氏替换原则的实现方法

1.里氏替换原则通俗来讲就是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。也就是说：子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法
2.类的继承原则：里氏替换原则常用来检查两个类是否为继承关系。在符合里氏替换原则的继承关系中，使用父类代码的地方，用子类代码替换后，能够正确的执行动作处理。换句话说，如果子类替换了父类后，不能够正确执行动作，那么他们的继承关系就是不正确的，应该重新设计它们之间的关系。
```
class zhangsan:def sing(self):print(f"张三唱歌五音不全.")class zhangsanson(zhangsan):def dance(self):print("张三儿子会跳舞")if __name__ == "__main__":zs = zhangsan()zs_son = zhangsanson()# 调用张三唱歌的方法zs.sing()# 替换为张三儿子来调用依然可以，没有任何变化，说明符合继承zs_son.sing()
```
3.动作正确性保证：里氏替换原则对子类进行了约束，所以在为已存在的类进行扩展，来创建一个新的子类时，符合里氏替换原则的扩展不会给已有的系统引入新的错误。符合开闭原则
4.如果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，程序运行出错的概率会非常大。
5.如果程序违背了里氏替换原则，则继承类的对象在基类出现的地方会出现运行错误。这时其修正方法是：取消原来的继承关系，重新设计它们之间的关系。

1.场景：正方形不是长方形

class Rectangle:def __init__(self, width, height):self._width = widthself._height = height@propertydef width(self):return self._width@width.setterdef width(self, value):self._width = value@propertydef height(self):return self._height@height.setterdef height(self, value):self._height = value@propertydef area(self):return self._height * self._widthdef __str__(self):return f"Width: {self.width}, Height: {self.height}"class Square(Rectangle):def __init__(self, size):super().__init__(width=size, height=size)@Rectangle.width.setterdef width(self, value):self._width = valueself._height = value@Rectangle.width.setterdef height(self, value):self._height = valueself._width = valuedef use_it(rc):w = rc.widthrc.height = 10  # 修改宽为10expected = w * 10print(f"Expected an area of {expected}, got {rc.area}")if __name__ == '__main__':#rc = Rectangle(15, 5)# # Expected an area of 150, got 150use_it(rc)# 正方形的长和宽是一致的，所以只需要设置一个值即可sq = Square(15)# Expected an area of 50, got 100use_it(sq)

2.结论

父类Rectangle不能被子类Square替换，如果进行了替换就得不到预期结果。因此，Square类和Rectangle类之间的继承关系违反了里氏替换原则，它们之间的继承关系不成立，正方形不是长方形。

3.阐释

`正方形不是长方形`，`正方形是长方形也不是长方形`，这样结论似乎就是个悖论。产生这种混乱的原因有两个：

原因一：对类的继承关系的定义没有搞清楚。
- 面向对象的设计关注的是对象的行为，它是使用“行为”来对对象进行分类的，只有行为一致的对象才能抽象出一个类来
正方形在设置长度和宽度这两个行为上，与长方形显然是不同的

长方形的行为：设置长方形的长度的时候，它的宽度保持不变，设置宽度的时候，长度保持不变

正方形的行为：设置正方形的长度的时候，宽度随之改变；设置宽度的时候，长度随之改变。

所以，如果我们把这种行为加到父类长方形的时候，就导致了正方形无法继承这种行为。我们“强行”把正方形从长方形继承过来，就造成无法达到预期的结果。
原因二：设计要依赖于用户需求和具体环境。
- 继承关系要求子类要具有基类全部的行为。这里的行为是指落在需求范围内的行为。
- 所有子类的行为功能必须和使用者对其父类的期望保持一致，如果子类达不到这一点，那么必然违反里氏替换原则
- 比如鸵鸟和鸟：鸵鸟是否可以继承自鸟
  - 需求一：用户关注点是飞行，由于鸵鸟不会飞，所以此时来看就不符合继承关系
  - 需求二：用户关注点是爪子或者羽毛，此时就可以满足继承关系

4.违反里氏替换原则需重新设计关系

1.方式一

创建一个新的抽象类或者接口，作为两个具体类的基类。将具体类A和B的共同行为转移到C中，从而解决A和B行为不一致的问题。

2.方式二

将B到A的继承关系改为委托关系。具体参考组合/聚合复用原则。

3.方式一解决长方形不是正方形问题

正方形和长方形的共同行为（getLength()、getWidth()方法）抽象并封装转移到一个抽象类或者接口中，比如一个“四方形”接口或者抽象类，然后让正方形和长方形分别实现四方形接口或者继承四方形抽象类，如下图所示
一般来说，只要有可能，就不要从具体类继承
所有的继承都是从抽象类开始，而所有的具体类都没有子类。也就是说，在一个由继承关系形成的等级结构中，树叶节点都应当是具体类，树枝节点都应该是抽象类或者接口。

4.里氏替换原则的作用

1.里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一。

2.它克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点。

3.它是动作正确性的保证。即类的扩展不会给已有的系统引入新的错误，降低了代码出错的可能性。

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