OOAD-4 面對對象設計七原則--里氏替換原則

里氏替換原則的定義

　　里氏替換原則（Liskov Substitution Principle，LSP）由麻省理工學院計算機科學實驗室的里斯科夫（Liskov）女士在 1987 年的「面向對象技術的高峯會議」（OOPSLA）上發表的一篇文章《數據抽象和層次》（Data Abstraction and Hierarchy）裏提出來的，她提出：繼承必須確保超類所擁有的性質在子類中仍然成立

 

里氏替換原則的做用

　　里氏替換原則是實現開閉原則的重要方式之一。

　　它克服了繼承中重寫父類形成的可複用性變差的缺點，由於它推崇，子類能夠新增方法，可是不要去覆蓋父類已經寫好的方法

　　它是動做正確性的保證，即類的擴展不會給已有的系統引入新的錯誤。下降了代碼出錯的可能性。由於裏式替換原則保證了子類不要去覆蓋父類方法，所以，新增新的子類時。父類定義的東西不會改變。也就是說，進行功能擴展時，原有的代碼不會出錯

 

 

裏式替換原則的實現方法

　　裏式替換原則通俗來說就是：子類能夠擴展父類的功能，但不能改變父類原有的功能。也就是說，子類繼承父類時，除添加新的方法完成新增功能外，儘可能不要重寫父類已經實現的方法。

　　若是經過重寫父類的方法來完成新的功能，這樣寫起來雖然簡單，可是整個繼承體系的可複用性會比較差，特別是用多態用的比較頻繁時，程序出錯的機率就會變大。由於子類重寫畢竟覆蓋了父類的功能，當須要使用父類的功能時，就容易致使出錯。並且，里氏替換和多態並不衝突，咱們儘可能在抽象類或者接口來作多態，簡單父類通常只是用來自下而上的封裝公有域。

　　若是程序違背了裏式替換原則，則繼承類的對象在基類出現的地方會出現運行錯誤。由於子類重寫了方法，那麼本來爲基類的地方就不必定能用子類來代替了

 

　　下面以「幾維鳥不是鳥」爲例來講明裏氏替換原則。

【例2】里氏替換原則在「幾維鳥不是鳥」實例中的應用。

分析：鳥通常都會飛行，如燕子的飛行速度大概是每小時 120 公里。可是新西蘭的幾維鳥因爲翅膀退化沒法飛行。假如要設計一個實例，計算這兩種鳥飛行 300 公里要花費的時間。顯然，拿燕子來測試這段代碼，結果正確，能計算出所須要的時間；但拿幾維鳥來測試，結果會發生「除零異常」或是「無窮大」，明顯不符合預期，其類圖如圖 1 所示。

圖1 「幾維鳥不是鳥」實例的類圖

程序代碼以下：

1. package principle;
2. public class LSPtest
3. {
4. public static void main(String[] args)
5. {
6. Bird bird1=new Swallow();
7. Bird bird2=new BrownKiwi();
8. bird1.setSpeed(120);
9. bird2.setSpeed(120);
10. System.out.println("若是飛行300千米：");
11. try
12. {
13. System.out.println("燕子將飛行"+bird1.getFlyTime(300)+"小時.");
14. System.out.println("幾維鳥將飛行"+bird2.getFlyTime(300)+"小時。");
15. }
16. catch(Exception err)
17. {
18. System.out.println("發生錯誤了!");
19. }
20. }
21. }
22. //鳥類
23. class Bird
24. {
25. double flySpeed;
26. public void setSpeed(double speed)
27. {
28. flySpeed=speed;
29. }
30. public double getFlyTime(double distance)
31. {
32. return(distance/flySpeed);
33. }
34. }
35. //燕子類
36. class Swallow extends Bird{}
37. //幾維鳥類
38. class BrownKiwi extends Bird
39. {
40. public void setSpeed(double speed)
41. {
42. flySpeed=0;
43. }
44. }

程序的運行結果以下：

若是飛行300千米：
燕子將飛行2.5小時.
幾維鳥將飛行Infinity小時。

程序運行錯誤的緣由是：幾維鳥類重寫了鳥類的 setSpeed(double speed) 方法，這違背了里氏替換原則。正確的作法是：取消幾維鳥原來的繼承關係，定義鳥和幾維鳥的更通常的父類，如動物類，它們都有奔跑的能力。幾維鳥的飛行速度雖然爲 0，但奔跑速度不爲 0，能夠計算出其奔跑 300 公里所要花費的時間。其類圖如圖 2 所示。

圖2 「幾維鳥是動物」實例的類圖

 

　　

 

 

里氏替換原則和多態之間的關係

　　在第一眼看到里氏替換原則時，我就產生了困惑。爲何要去禁止子類重寫父類方法呢。這不是java多態的基本嗎，那裏式替換原則是否是和多態概念有衝突呢。後來在和朋友交流時候慢慢的有了一些感悟。故而記錄下來。

　　 首先在咱們的java語言中。能夠用來實現多態的方式有不少種。通常爲普通父類、抽象類和接口。而對普通父類而言。它不要用來作多態。普通的父類是自下而上的封裝共性域的一種形式。通常而言，咱們封裝普通父類，是由於有共有的屬性、方法。不須要去重寫，而是自下而上的封裝共性。所以針對普通父類中定義的方法，其實就是子類的共性方法，原理上若是不是共性的方法，就不能抽象爲父類。所以普通父類中定義且實現的方法，子類一律不要去重寫。這就能看出來裏式替換的原理。而多態通常是在抽象類或者接口層去作的。這是由於。抽象類和接口都是自上而下的定義行爲約束。例如在抽象類或者接口中，定義的抽象方法，並沒有具體實現，這就是代表子類必需要去重寫該方法來實現多態。而針對抽象類或者接口中已經定義且作了實現的方法，則就是共性定義的方法。繼承抽象類或者實現接口的類都不該該去覆蓋該方法，就直接拿來用就行了。這也是里氏替換原則的體現