里氏替换原则

我就是我 2022-03-10 21:22 240阅读 0赞

# 里氏替换原则 #

肯定有不少人跟我刚看到这项原则的时候一样，对这个原则的名字充满疑惑。其实原因就是这项原则最早是在1988 年，由麻省理工学院的一位姓里的女士（Barbara Liskov）提出来的。

## 定义 1 ##

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 都代换成 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 2 ##

所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。

## 问题由来 ##

有一功能 P1，由类 A 完成。现需要将功能 P1 进行扩展，扩展后的功能为 P，其中 P 由原有功能 P1 与新功能 P2 组成。新 功能 P 由类 A 的子类 B 来完成，则子类 B 在完成新功能 P2 的同时， 有可能会导致原有功能 P1 发生故障。

## 解决方案 ##

当使用继承时，遵循里氏替换原则。类 B 继承类 A 时， 除添加新的方法完成新增功能 P2 外，尽量不要重写父类 A 的方法， 也尽量不要重载父类 A 的方法。  
**继承包含这样一层含义：** 父类中凡是已经实现好的方法（相对于 抽象方法而言），实际上是在设定一系列的规范和契约，虽然它不强 制要求所有的子类必须遵从这些契约，但是如果子类对这些非抽象方 法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。而里氏替换原则就是表 达了这一层含义。  
继承作为面向对象三大特性之一，在给程序设计带来巨大便利的 同时，也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性，程序的可 移植性降低，增加了对象间的耦合性，如果一个类被其他的类所继承， 则当这个类需要修改时，必须考虑到所有的子类，并且父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能会产生故障。举例说明继承的风险，我们需要完成一个两数相减的功能，由类 A 来负责。

class A{
        
    	public int func1(int a, int b){
        
    		return a-b;
    	}
    }
    
    public class Client{
        
    	public static void main(String[] args){
        
    		A a = new A();
    		System.out.println("100-50="+a.func1(100,50));
    		System.out.println("100-80="+a.func1(100,80));
    	}
    }

运行结果：  
100-50=50  
100-80=20

后来，我们需要增加一个新的功能：完成两数相加，然后再与 100求和，由类 B 来负责。即类 B 需要完成两个功能：

*  两数相减。
 *  两数相加，然后再加 100。

由于类 A 已经实现了第一个功能，所以类 B 继承类 A 后，只需 要再完成第二个功能就可以了，代码如下：

class B extends A{
        
    	public int func1(int a,int b){
        
    		return a+b;
    	}
    
    	public int func2(int a,int b){
        
    		return func1(a,b)+100;
    	}
    }
    
    public class Client{
        
    	public static void main(String[] args){
        
    		B b = new B();
    		System.out.println("100-50="+b.func1(100,50));
    		System.out.println("100-80="+b.func1(100,80));
    		System.out.println("100+20+100="b.func2(100,20));
    	}
    }

类 B 完成后，运行结果：  
100-50=150  
100-80=180  
100+20+100=220

我们发现原本运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类 B 在给方法起名时无意中重写了父类的方法，造成所有运行相减功能的代 码全部调用了类 B 重写后的方法，造成原本运行正常的功能出现了错误。在本例中，引用基类 A 完成的功能，换成子类 B 之后，发生了异常。在实际编程中，我们常常会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，程序运行出错的几率非常大。如果非要重写父类的方法，比较通用的做法是：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖、聚合，组合等关系代替。  
**里氏替换原则通俗的来讲就是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。** 它包含以下 4 层含义：

*  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。
 *  子类中可以增加自己特有的方法。
 *  当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法 的形参）要比父类方法的输入参数更宽松。
 *  当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的后置条件（即 方法的返回值）要比父类更严格。

看上去很不可思议，因为我们会发现在自己编程中常常会违反里氏替换原则，程序照样跑的好好的。所以大家都会产生这样的疑问， 假如我非要不遵循里氏替换原则会有什么后果？后果就是：**你写的代码出问题的几率将会大大增加。**