七大设计原则之里氏替换原则应用

Posted 2023-03-03 赵广陆

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• 1 里氏替换原则
• 2 里氏替换原则应用

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1 里氏替换原则

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle,LSP）是指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 都替换成 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。

定义看上去还是比较抽象，我们重新理解一下，可以理解为一个软件实体如果适用一个父类的话，那一定是适用于其子类，所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象，子类对象能够替换父类对象，而程序逻辑不变。根据这个理解，我们总结一下：

引申含义：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。
1、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。
2、子类中可以增加自己特有的方法。
3、当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的输入/入参）要比父类方法的输入参数更宽松。
4、当子类的方法实现父类的方法时（重写/重载或实现抽象方法），方法的后置条件（即方法的输出/返回值）要比父类更严格或相等。

在前面讲开闭原则的时候埋下了一个伏笔，我们记得在获取折后时重写覆盖了父类的 getPrice()方法，增加了一个获取源码的方法 getOriginPrice()，显然就违背了里氏替换原则。我们修改一下代码，不应该覆盖 getPrice()方法，增加 getDiscountPrice()方法：
之前：

    public class JavaDiscountCourse extends JavaCourse 
        public JavaDiscountCourse(Integer id, String name, Double price) 
            super(id, name, price);
        
        public Double getOriginPrice()
            return super.getPrice();
        
        public Double getPrice()
            return super.getPrice() * 0.61;
        
    

更正：

public class JavaDiscountCourse extends JavaCourse 
  public JavaDiscountCourse(Integer id, String name, Double price) 
  super(id, name, price);
    
  public Double getDiscountPrice()
  return super.getPrice() * 0.61;
  

2 里氏替换原则应用

使用里氏替换原则有以下优点：

1、约束继承泛滥，开闭原则的一种体现。
2、加强程序的健壮性，同时变更时也可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、扩展性。降低需求变更时引入的风险。现在来描述一个经典的业务场景，用正方形、矩形和四边形的关系说明里氏替换原则，我们都知道正方形是一个特殊的长方形，那么就可以创建一个长方形父类 Rectangle 类：

public class Rectangle 
  private long height;
  private long width;
  public long getHeight() 
  return height;
    
  public void setHeight(long height) 
  this.height = height;
    
  public long getWidth() 
  return width;
    
  public void setWidth(long width) 
  this.width = width;
  

创建正方形 Square 类继承长方形：

public class Square extends Rectangle 
  private long length;
  public long getLength() 
  return length;
    
  public void setLength(long length) 
  this.length = length;
   
  @Override
  public long getHeight() 
  return getLength();
   
  @Override
  public void setHeight(long height) 
  setLength(height);
    
  @Override
  public long getWidth() 
  return getLength();
    
  @Override
  public void setWidth(long width) 
  setLength(width);
   

在测试类中创建 resize()方法，根据逻辑长方形的宽应该大于等于高，我们让高一直自增，知道高等于宽变成正方形：

public static void resize(Rectangle rectangle)
  while (rectangle.getWidth() >= rectangle.getHeight())
  rectangle.setHeight(rectangle.getHeight() + 1);
  System.out.println("Width:" +rectangle.getWidth() 
   +",Height:" + rectangle.getHeight());
  
  System.out.println("Resize End,Width:" +rectangle.getWidth() 
   +",Height:" + rectangle.getHeight());

测试代码：

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

运行结果：

发现高比宽还大了，在长方形中是一种非常正常的情况。现在我们再来看下面的代码，把长方形Rectangle 替换成它的子类正方形 Square，修改测试代码：

public static void main(String[] args) 
  Square square = new Square();
  square.setLength(10);
  resize(square);

这时候我们运行的时候就出现了死循环，违背了里氏替换原则，将父类替换为子类后，程序运行结果没有达到预期。因此，我们的代码设计是存在一定风险的。里氏替换原则只存在父类与子类之间，约束继承泛滥。我们再来创建一个基于长方形与正方形共同的抽象四边形 Quadrangle 接口：

public interface QuadRangle 
  long getWidth();
  long getHeight();

修改长方形 Rectangle 类：

public class Rectangle implements QuadRangle 
private long height;
private long width;
  public long getHeight() 
  return height;
    
  public void setHeight(long height) 
  this.height = height;
    
  public long getWidth() 
  return width;
    
  public void setWidth(long width) 
  this.width = width;
    

修改正方形类 Square 类：

public class Square implements QuadRangle 
  private long length;
   public long getLength() 
  return length;
    
  public void setLength(long length) 
  this.length = length;
    
  public long getWidth() 
  return length;
    
  public long getHeight() 
  return length;
    

此时，如果我们把 resize()方法的参数换成四边形 Quadrangle 类，方法内部就会报错。因为正方形 Square 已经没有了 setWidth()和 setHeight()方法了。因此，为了约束继承泛滥，resize()的方法参数只能用 Rectangle 长方形。当然，我们在后面的设计模式中还会继续深入讲解。