设计模式之禅第2章 里氏替换原则

Posted 2020-08-23

引入里氏替换原则（LiskovSubstitution Principle，LSP）的目的就是为了解决继承中父子类之间产生的强耦合性。

2.1 爱恨纠葛的父子关系

继承

在面向对象的语言中，继承是必不可少的、非常优秀的语言机制

继承的优点

    ● 代码共享，减少创建类的工作量，每个子类都拥有父类的方法和属性；

    ● 提高代码的重用性；

    ● 子类可以形似父类，但又异于父类，"龙生龙，凤生凤，老鼠生来会打洞"是说子拥有父的"种"，"世界上没有两片完全相同的叶子"是指明子与父的不同；

    ● 提高代码的可扩展性，实现父类的方法就可以"为所欲为"了，君不见很多开源框架的扩展接口都是通过继承父类来完成的；

    ● 提高产品或项目的开放性。

   

继承的缺点

    ● 继承是侵入性的。只要继承，就必须拥有父类的所有属性和方法；

    ● 降低代码的灵活性。子类必须拥有父类的属性和方法，让子类自由的世界中多了些约束；

    ● 增强了耦合性。当父类的常量、变量和方法被修改时，需要考虑子类的修改，而且在缺乏规范的环境下，这种修改可能带来非常糟糕的结果——大段的代码需要重构。

   

Java使用extends关键字来实现继承，它采用了单一继承的规则，C++则采用了多重继承的规则，一个子类可以继承多个父类。

从整体上来看，利大于弊，怎么才能让"利"的因素发挥最大的作用，同时减少"弊"带来的麻烦呢？

解决方案是引入里氏替换原则（LiskovSubstitution Principle，LSP）。

   

里氏替换原则

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）

1. 第一种定义：

    虽然比较正宗，但比较晦涩，了解即可

1. 第二种定义：

    所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。

    解释：【】

        只要父类能出现的地方子类就可以出现，而且替换为子类也不会产生任何错误或异常，使用者可能根本就不需要知道是父类还是子类。

        但是，反过来就不行了，有子类出现的地方，父类未必就能适应。

   

2.2 纠纷不断，规则压制

里氏替换原则为良好的继承定义了一个规范，一句简单的定义包含了4层含义。

1.子类必须完全实现父类的方法

我们在做系统设计时，经常会定义一个接口或抽象类，然后编码实现，调用类则直接传入接口或抽象类，其实这里已经使用了里氏替换原则。

1. // 抽象枪支
2. public abstract class AbstractGun {
3.    public abstract void shoot();
4. }
5. public class HandGun extends AbstractGun {
6.  
7.    @Override
8.    public void shoot() {
9.       System.out.println("手枪开枪：啪啪啪");
10.    }
11.  
12. }
13. public class Rifle extends AbstractGun {
14.  
15.    @Override
16.    public void shoot() {
17.       System.out.println("步枪开枪：叭叭叭");
18.    }
19.  
20. }
21. public class MachineGun extends AbstractGun {
22.  
23.    @Override
24.    public void shoot() {
25.       System.out.println("机枪开枪：哒哒哒");
26.    }
27.  
28. }
29. public class Soldier {
30.    // 有一把枪
31.    private AbstractGun ag;
32.  
33.    public AbstractGun getAg() {
34.       return ag;
35.    }
36.  
37.    public void setAg(AbstractGun ag) {
38.       this.ag = ag;
39.    }
40.  
41.    // 杀敌
42.    public void killEnemy(){
43.       System.out.println("士兵上战场杀敌");
44.       ag.shoot();
45.    }
46. }
47. public class Client {
48.    public static void main(String[] args) {
49.       // 创建士兵
50.       Soldier s = new Soldier();
51.       // 给一支枪
52.       //s.setAg(new HandGun());
53.       //s.setAg(new Rifle());
54.       s.setAg(new MachineGun());
55.       // 上阵杀敌
56.       s.killEnemy();
57.       System.out.println("--------------");
58.  
59.       // 创建狙击手对象
60.       Snipper sanMao = new Snipper();
61.       // 给狙击手狙击步枪
62.       sanMao.setAug(new AUG());
63.       // 创建父类向下转型作为参数
64.       //sanMao.setAug((AUG)(new Rifle())); // java.lang.ClassCastException:根本就没有多态何来向下转型之说呢
65.       // 杀死敌人
66.       sanMao.killEnemy();
67.    }
68. }

在编写程序时Solider士兵类根本就不用知道是哪个型号的枪（子类）被传入。

注意事项1

在类中调用其他类时务必要使用父类或接口，如果不能使用父类或接口，则说明类的设计已经违背了LSP原则。

继承就是告诉你拥有父类的方法和属性，然后你就可以重写父类的方法。

但是在具体应用场景中就要考虑下面这个问题了：子类是否能够完整地实现父类的业务。

注意事项2

如果子类不能完整地实现父类的方法，或者父类的某些方法在子类中已经发生"畸变"，则建议断开父子继承关系，采用依赖、聚集、组合等关系代替继承。

2.子类可以有自己的个性

子类当然可以有自己的行为和外观了，也就是方法和属性。

有时候需要直接方法上的参数需要直接传递子类进来，可能不需要多态，不过这种情况比较少。

从里氏替换原则来看，就是有子类出现的地方父类未必就可以出现。

   

3.覆盖或实现父类的方法时输入参数可以被放大

方法中的输入参数称为前置条件，"契约优先"的原则。

子类中方法的前置条件必须与超类中被覆写的方法的前置条件相同(重写)或者更宽松(重载)。

   

4. 覆写或实现父类的方法时输出结果可以被缩小

父类的一个方法的返回值是一个类型T，子类的相同方法（重载或覆写）的返回值为S，

那么里氏替换原则就要求S必须小于等于T，也就是说，要么S和T是同一个类型，要么S是T的子类

重写

    父类和子类的同名方法的输入参数是相同的，两个方法的范围值子类方法返回值S小于等于父类方法返回值T。

重载

    要求方法的输入参数类型或数量不相同，子类的输入参数宽于或等于父类的输入参数

    保证父类的地方替换成子类，不会调用子类与父类的同名方法。

总结

采用里氏替换原则的目的就是增强程序的健壮性，版本升级时也可以保持非常好的兼容性。即使增加子类，原有的子类还可以继续运行。

在实际项目中，每个子类对应不同的业务含义，使用父类作为参数，传递不同的子类完成不同的业务逻辑，非常完美！

2.3 最佳实践

在项目中，采用里氏替换原则时，尽量避免子类的"个性"，一旦子类有"个性"，

这个子类和父类之间的关系就很难调和了，把子类当做父类使用，子类的"个性"被抹杀——委屈了点；

把子类单独作为一个业务来使用，则会让代码间的耦合关系变得扑朔迷离——缺乏类替换的标准。