里氏替换原则

阳光穿透心脏的1/2处 2021-07-24 22:25 438阅读 0赞

# 一 点睛 #

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。  
里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。通俗理解：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。换句话说，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，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的概率会非常大。  
下面是一个违背里氏替换原则的经典例子。

# 二 反例——正方形是长方形 #

## 1 分析 ##

在数学领域里，正方形毫无疑问是长方形，它是一个长宽相等的长方形。所以，我们开发一个与几何图形相关的软件系统，就可以顺理成章的让正方形继承自长方形。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoZW5ncWl1bWluZw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 2 代码 ##

**长方形类（Rectangle）：**

public class Rectangle { 
        private double length;
        private double width;
    
        public double getLength() { 
            return length;
        }
    
        public void setLength(double length) { 
            this.length = length;
        }
    
        public double getWidth() { 
            return width;
        }
    
        public void setWidth(double width) { 
            this.width = width;
        }
    }

**正方形类（Square）：**

由于正方形的长和宽相同，所以在方法setLength和setWidth中，对长度和宽度都需要赋相同值。

public class Square extends Rectangle { 
        // 重写父类方法，它会带来恶果 
        public void setWidth(double width) { 
            super.setLength(width);
            super.setWidth(width);
        }
        // 重写父类方法，它会带来恶果 
        public void setLength(double length) { 
            super.setLength(length);
            super.setWidth(length);
        }
    }

**类RectangleDemo：**  
它是我们的软件系统中的一个组件，它有一个resize方法依赖基类Rectangle，resize方法是RectandleDemo类中的一个方法，用来实现宽度逐渐增长的效果。

public class RectangleDemo { 
        
        public static void resize(Rectangle rectangle) { 
            while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) { 
                rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
            }
        }
    
        //打印长方形的长和宽
        public static void printLengthAndWidth(Rectangle rectangle) { 
            System.out.println(rectangle.getLength());
            System.out.println(rectangle.getWidth());
        }
    
        public static void main(String[] args) { 
            Rectangle rectangle = new Rectangle();
            rectangle.setLength(20);
            rectangle.setWidth(10);
            resize(rectangle);
            printLengthAndWidth(rectangle);
    
            System.out.println("============");
    
            Rectangle rectangle1 = new Square();
            rectangle1.setLength(10);
            resize(rectangle1);
            printLengthAndWidth(rectangle1);
        }
    }

运行一下这段代码。  
假如我们把一个普通长方形作为参数传入resize方法，就会看到长方形宽度逐渐增长的效果，当宽度大于长度,代码就会停止，这种行为的结果符合我们的预期。  
假如我们再把一个正方形作为参数传入resize方法后，就会看到正方形的宽度和长度都在不断增长，代码会一直运行下去，直至系统产生溢出错误。  
所以，普通的长方形是适合这段代码的，正方形不适合。

# 三 正例—— 正方形不是长方形 #

## 1 分析 ##

从上面的反例中我们可以得出这样的结论：在resize方法中，Rectangle类型的参数是不能被Square类型的参数所代替，如果进行了替换就得不到预期结果。因此，Square类和Rectangle类之间的继承关系违反了里氏代换原则，它们之间的继承关系不成立，正方形并不是长方形。

如何改进呢？此时我们需要重新设计他们之间的关系。抽象出来一个四边形接口(Quadrilateral)，让Rectangle类和Square类实现Quadrilateral接口  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoZW5ncWl1bWluZw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 2 代码 ##

Quadrilateral

public interface Quadrilateral { 
        // 获取长
        double getLength();
        // 获取宽
        double getWidth();
    }

Rectangle

public class Rectangle implements Quadrilateral { 
        private double length;
        private double width;
    
        public void setLength(double length) { 
            this.length = length;
        }
    
        public void setWidth(double width) { 
            this.width = width;
        }
    
        public double getLength() { 
            return length;
        }
    
        public double getWidth() { 
            return width;
        }
    }

Square

public class Square implements Quadrilateral { 
        private double side;
        public double getSide() { 
            return side;
        }
        public void setSide(double side) { 
            this.side = side;
        }
        public double getLength() { 
            return side;
        }
        public double getWidth() { 
            return side;
        }
    }

RectangleDemo

public class RectangleDemo { 
        public static void main(String[] args) { 
            // 创建长方形对象
            Rectangle r = new Rectangle();
            r.setLength(20);
            r.setWidth(10);
            // 调用方法进行扩宽操作，这里把对象的类型限制死了，它不能是正方形
            resize(r);
            printLengthAndWidth(r);
        }
    
        // 扩宽的方法
        public static void resize(Rectangle rectangle) { 
            // 判断宽如果比长小，进行扩宽的操作
            while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) { 
                rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
            }
        }
    
        // 打印长和宽
        public static void printLengthAndWidth(Quadrilateral quadrilateral) { 
            System.out.println(quadrilateral.getLength());
            System.out.println(quadrilateral.getWidth());
        }
    }

## 3 测试结果 ##

20.0
    21.0

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