OOAD-4 面对对象设计七原则--里氏替换原则

里氏替换原则的定义

　　里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）由麻省理工学院计算机科学实验室的里斯科夫（Liskov）女士在 1987 年的“面向对象技术的高峰会议”（OOPSLA）上发表的一篇文章《数据抽象和层次》（Data Abstraction and Hierarchy）里提出来的，她提出：继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立

里氏替换原则的作用

　　里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一。

　　它克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点，因为它推崇，子类可以新增方法，但是不要去覆盖父类已经写好的方法

　　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。因为里式替换原则保证了子类不要去覆盖父类方法，因此，新增新的子类时。父类定义的东西不会改变。也就是说，进行功能扩展时，原有的代码不会出错

里式替换原则的实现方法

　　里式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，尽量不要重写父类已经实现的方法。

　　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，特别是用多态用的比较频繁时，程序出错的概率就会变大。因为子类重写毕竟覆盖了父类的功能，当需要使用父类的功能时，就容易导致出错。而且，里氏替换和多态并不冲突，我们尽量在抽象类或者接口来做多态，简单父类一般只是用来自下而上的封装公有域。

　　如果程序违背了里式替换原则，则继承类的对象在基类出现的地方会出现运行错误。因为子类重写了方法，那么原本为基类的地方就不一定能用子类来代替了。我们如何判断程序是否违背了里式替换呢。判断方法如下。判断子类是否能继承父类的方法，如果可以继承，则符合里氏替换原则。如果不能继承，则不符合。意思就是，在使用父类的地方把子类代进去，如果方法不会出错，则符合。

　　下面以“几维鸟不是鸟”为例来说明里氏替换原则。

【例2】里氏替换原则在“几维鸟不是鸟”实例中的应用。

分析：鸟一般都会飞行，如燕子的飞行速度大概是每小时 120 千米。但是新西兰的几维鸟由于翅膀退化无法飞行。假如要设计一个实例，计算这两种鸟飞行 300 千米要花费的时间。显然，拿燕子来测试这段代码，结果正确，能计算出所需要的时间；但拿几维鸟来测试，结果会发生“除零异常”或是“无穷大”，明显不符合预期，其类图如图 1 所示。

图1 “几维鸟不是鸟”实例的类图

程序代码如下：

package principle;
public class LSPtest
{
public static void main(String[] args)
{
Bird bird1=new Swallow();
Bird bird2=new BrownKiwi();
bird1.setSpeed(120);
bird2.setSpeed(120);
System.out.println("如果飞行300公里：");
try
{
System.out.println("燕子将飞行"+bird1.getFlyTime(300)+"小时.");
System.out.println("几维鸟将飞行"+bird2.getFlyTime(300)+"小时。");
}
catch(Exception err)
{
System.out.println("发生错误了!");
}
}
}
//鸟类
class Bird
{
double flySpeed;
public void setSpeed(double speed)
{
flySpeed=speed;
}
public double getFlyTime(double distance)
{
return(distance/flySpeed);
}
}
//燕子类
class Swallow extends Bird{}
//几维鸟类
class BrownKiwi extends Bird
{
public void setSpeed(double speed)
{
flySpeed=0;
}
}

程序的运行结果如下：

如果飞行300公里：
燕子将飞行2.5小时.
几维鸟将飞行Infinity小时。

程序运行错误的原因是：几维鸟类重写了鸟类的 setSpeed(double speed) 方法，这违背了里氏替换原则。正确的做法是：取消几维鸟原来的继承关系，定义鸟和几维鸟的更一般的父类，如动物类，它们都有奔跑的能力。几维鸟的飞行速度虽然为 0，但奔跑速度不为 0，可以计算出其奔跑 300 千米所要花费的时间。其类图如图 2 所示。

图2 “几维鸟是动物”实例的类图

里氏替换原则和多态之间的关系

　　在第一眼看到里氏替换原则时，我就产生了困惑。为什么要去禁止子类重写父类方法呢。这不是java多态的基本吗，那里式替换原则是不是和多态概念有冲突呢。后来在和朋友交流时候慢慢的有了一些感悟。故而记录下来。

　　首先在我们的java语言中。可以用来实现多态的方式有很多种。一般为普通父类、抽象类和接口。而对普通父类而言。它不要用来做多态。普通的父类是自下而上的封装共性域的一种形式。一般而言，我们封装普通父类，是因为有共有的属性、方法。不需要去重写，而是自下而上的封装共性。因此针对普通父类中定义的方法，其实就是子类的共性方法，原理上如果不是共性的方法，就不能抽象为父类。因此普通父类中定义且实现的方法，子类一概不要去重写。这就能看出来里式替换的原理。而多态一般是在抽象类或者接口层去做的。这是因为。抽象类和接口都是自上而下的定义行为约束。例如在抽象类或者接口中，定义的抽象方法，并无具体实现，这就是表明子类必须要去重写该方法来实现多态。而针对抽象类或者接口中已经定义且做了实现的方法，则就是共性定义的方法。继承抽象类或者实现接口的类都不应该去覆盖该方法，就直接拿来用就好了。这也是里氏替换原则的体现