设计模式六大原则（2）：里氏替换原则

肯定有不少人跟我刚看到这项原则的时候一样，对这个原则的名字充满疑惑。其实原因就是这项原则最早是在1988年，由麻省理工学院的一位姓里的女士（Barbara Liskov）提出来的。

定义1：如果对每一个类型为 T1的对象 o1，都有类型为 T2 的对象o2，使得以 T1定义的所有程序 P 在所有的对象 o1 都代换成 o2 时，程序 P 的行为没有发生变化，那么类型 T2 是类型 T1 的子类型。

定义2：所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。

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：当使用继承时，遵循里氏替换原则。类B继承类A时，除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。

        继承作为面向对象三大特性之一，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。

        举例说明继承的风险，我们需要完成一个两数相减的功能，由类A来负责。

[java] view plain copy
 
  1. class A{  
  2.     public int func1(int a, int b){  
  3.         return a-b;  
  4.     }  
  5. }  
  6.   
  7. public class Client{  
  8.     public static void main(String[] args){  
  9.         A a = new A();  
  10.         System.out.println("100-50="+a.func1(100, 50));  
  11.         System.out.println("100-80="+a.func1(100, 80));  
  12.     }  
  13. }  


 运行结果：

100-50=50
100-80=20

        后来，我们需要增加一个新的功能：完成两数相加，然后再与100求和，由类B来负责。即类B需要完成两个功能：

  • 两数相减。
  • 两数相加，然后再加100。

        由于类A已经实现了第一个功能，所以类B继承类A后，只需要再完成第二个功能就可以了，代码如下：

[java] view plain copy
 
  1. class B extends A{  
  2.     public int func1(int a, int b){  
  3.         return a+b;  
  4.     }  
  5.       
  6.     public int func2(int a, int b){  
  7.         return func1(a,b)+100;  
  8.     }  
  9. }  
  10.   
  11. public class Client{  
  12.     public static void main(String[] args){  
  13.         B b = new B();  
  14.         System.out.println("100-50="+b.func1(100, 50));  
  15.         System.out.println("100-80="+b.func1(100, 80));  
  16.         System.out.println("100+20+100="+b.func2(100, 20));  
  17.     }  
  18. }  

类B完成后，运行结果：

100-50=150
100-80=180
100+20+100=220

        我们发现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，造成所有运行相减功能的代码全部调用了类B重写后的方法，造成原本运行正常的功能出现了错误。在本例中，引用基类A完成的功能，换成子类B之后，发生了异常。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。如果非要重写父类的方法，比较通用的做法是：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖、聚合，组合等关系代替。

        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。它包含以下4层含义：

  • 子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。
  • 子类中可以增加自己特有的方法。
  • 当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的形参）要比父类方法的输入参数更宽松。
  • 当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的后置条件（即方法的返回值）要比父类更严格。

       

   在使用里氏代换原则时需要注意如下几个问题：

      (1)子类的所有方法必须在父类中声明，或子类必须实现父类中声明的所有方法。根据里氏代换原则，为了保证系统的扩展性，在程序中通常使用父类来进行定义，如果一个方法只存在子类中，在父类中不提供相应的声明，则无法在以父类定义的对象中使用该方法。

      (2)  我们在运用里氏代换原则时，尽量把父类设计为抽象类或者接口，让子类继承父类或实现父接口，并实现在父类中声明的方法，运行时，子类实例替换父类实例，我们可以很方便地扩展系统的功能，同时无须修改原有子类的代码，增加新的功能可以通过增加一个新的子类来实现。里氏代换原则是开闭原则的具体实现手段之一。

 看上去很不可思议，因为我们会发现在自己编程中常常会违反里氏替换原则，程序照样跑的好好的。所以大家都会产生这样的疑问，假如我非要不遵循里氏替换原则会有什么后果？

        后果就是：你写的代码出问题的几率将会大大增加。

 

posted @ 2018-02-27 16:50  vegatate  阅读(142)  评论(0)  编辑  收藏  举报