软件设计原则—里氏代换原则

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。

里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。通俗理解：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。换句话说，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。

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。

下面看一个里氏替换原则中经典的一个例子：正方形不是长方形。

在数学领域里，正方形毫无疑问是长方形，它是一个长宽相等的长方形。所以，我们开发的一个与几何图形相关的软件系统，就可以顺理成章的让正方形继承自长方形。

长方形类Rectangle

package com.lmcode.principles.Richtersubstitutionprinciple;

// 长方形类
public class Rectangle {
    private double length;
    private double width;

    public double getLength() {
        return length;
    }

    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }

    public double getWidth() {
        return width;
    }

    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }
}

正方形类Square

package com.lmcode.principles.Richtersubstitutionprinciple;

// 正方形类
public class Square extends Rectangle {

    @Override
    public void setLength(double length) {
        super.setLength(length);
        super.setWidth(length);
    }

    @Override
    public void setWidth(double width) {
        super.setLength(width);
        super.setWidth(width);
    }
}

测试方法main

package com.lmcode.principles.Richtersubstitutionprinciple;

public class RectangleDemo {
    // 拓宽
    public static void resize(Rectangle rectangle) {
        // 如果宽比长小，拓宽+1
        while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) {
            rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
        }
        // 宽比长大，退出
    }

    //打印长方形的长和宽
    public static void printLengthAndWidth(Rectangle rectangle) {
        System.out.println(rectangle.getLength());
        System.out.println(rectangle.getWidth());
    }

    public static void main(String[] args) {
        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.setLength(20);
        rectangle.setWidth(10);
        resize(rectangle);
        printLengthAndWidth(rectangle);

        System.out.println("============");

        Rectangle rectangle1 = new Square();
        rectangle1.setLength(10);
        resize(rectangle1);
        printLengthAndWidth(rectangle1);
    }
}

我们运行一下这段代码就会发现，假如我们把一个普通长方形作为参数传入resize方法，就会看到长方形宽度逐渐增长的效果，当宽度大于长度,代码就会停止，这种行为的结果符合我们的预期；假如我们再把一个正方形作为参数传入resize方法后，就会看到正方形的宽度和长度都在不断增长，代码会一直运行下去，直至系统产生溢出错误。所以，普通的长方形是适合这段代码的，正方形不适合。
我们得出结论：在resize方法中，Rectangle类型的参数是不能被Square类型的参数所代替，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代换原则，它们之间的继承关系不成立，正方形不是长方形。

如何改进呢？此时我们需要重新设计他们之间的关系。抽象出来一个四边形接口(Quadrilateral)，让Rectangle类和Square类实现Quadrilateral接口

四边形接口Quadriateral

package com.lmcode.principles.Richtersubstitutionprinciplepro;

public interface Quadriateral {
    double getLength();
    double getWidth();
}

长方形类Rectangle实现四边形接口Quadriateral

package com.lmcode.principles.Richtersubstitutionprinciplepro;

// 长方形类
public class Rectangle implements Quadriateral{
    private double length;
    private double width;
    public double getLength() {
        return length;
    }
    public double getWidth() {
        return width;
    }
    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }
    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }
}

正方形类Square实现四边形接口Quadriateral

package com.lmcode.principles.Richtersubstitutionprinciplepro;


// 正方形类
public class Square implements Quadriateral {
    private double size;

    public double getSize() {
        return size;
    }

    public void setSize(double size) {
        this.size = size;
    }

    @Override
    public double getLength() {
        return size;
    }

    @Override
    public double getWidth() {
        return size;
    }
}

测试类main

package com.lmcode.principles.Richtersubstitutionprinciplepro;

public class RectangleDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Rectangle r = new Rectangle();
        r.setLength(20);
        r.setWidth(10);
        resize(r);
        printLengthAndWidth(r);
    }

    // 拓宽长方形
    public static void resize(Rectangle rectangle) {
        while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) {
            rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
        }
    }
    //打印长和宽
    public static void printLengthAndWidth(Quadriateral quadriateral) {
        System.out.println(quadriateral.getLength());
        System.out.println(quadriateral.getWidth());
    }
}