设计模式之禅第2章 里氏替换原则

Posted

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了设计模式之禅第2章 里氏替换原则相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

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。

技术分享

  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。

以上是关于设计模式之禅第2章 里氏替换原则的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

设计模式——设计模式之禅的阅读笔记

设计模式软件设计七大原则 ( 里氏替换原则 | 代码示例 | 类示例 | 方法入参示例 | 方法返回值示例 )

java设计模式3,里氏替换原则

深入浅出设计模式——里氏替换原则

设计模式六大原则:里氏替换原则

七大设计原则之里氏替换原则应用