面向对象程序设计的六大原则(3)- 里氏替换原则

这项原则最早是在1988年，由麻省理工学院的一位的Barbara Liskov提出来的，因此我们翻译为里氏替换原则，看这个名字应该是俄罗斯裔的了。

严格的定义：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。

通俗的定义：所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。

更通俗的定义：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。

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。

本文综合了两篇文章：

http://blog.csdn.net/zhengzhb/article/details/7281833

http://www.cnblogs.com/hellojava/archive/2013/03/15/2960905.html

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 plaincopy

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 plaincopy

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。

     

原则的四层含义：

• 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。

　现在我们可以对以上四层含义逐个讲解。

　　子类可以实现父类的抽象方法，但是不能覆盖父类的非抽象方法

　　在我们做系统设计时，经常会设计接口或抽象类，然后由子类来实现抽象方法，这里使用的其实就是里氏替换原则。子类可以实现父类的抽象方法很好理解，事实上，子类也必须完全实现父类的抽象方法，哪怕写一个空方法，否则会编译报错。

　　里氏替换原则的关键点在于不能覆盖父类的非抽象方法。父类中凡是已经实现好的方法，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规范，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。

　　子类中可以增加自己特有的方法

　　在继承父类属性和方法的同时，每个子类也都可以有自己的个性，在父类的基础上扩展自己的功能。前面其实已经提到，当功能扩展时，子类尽量不要重写父类的方法，而是另写一个方法，所以对上面的代码加以更改，使其符合里氏替换原则，代码如下：

     当子类覆盖或实现父类的方法时，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

代码示例

import java.util.HashMap;
public class Father {
    public void func(HashMap m){
        System.out.println("执行父类...");
    }
}

import java.util.Map;
public class Sonextends Father{
    public void func(Map m){//方法的形参比父类的更宽松
        System.out.println("执行子类...");
    }
}

import java.util.HashMap;
public class Client{
    public static void main(String[] args) {
        Father f = new Son();//引用基类的地方能透明地使用其子类的对象。
        HashMap h = new HashMap();
        f.func(h);
    }
}

运行结果：执行父类...

　　注意Son类的func方法前面是不能加@Override注解的，因为否则会编译提示报错，因为这并不是重写（Override），而是重载（Overload），因为方法的输入参数不同。

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

　　代码示例：

import java.util.Map;
public abstract class Father {
    public abstract Map func();
}

import java.util.HashMap;
public class Sonextends Father{

    @Override
    public HashMap func(){//方法的返回值比父类的更严格
        HashMap h = new HashMap();
        h.put("h","执行子类...");
        return h;
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args) {
        Father f = new Son();//引用基类的地方能透明地使用其子类的对象。
        System.out.println(f.func());
    }
}

　　执行结果：{h=执行子类...}