举例解析Java的设计模式编程中里氏替换原则的意义

2024-12-06 23:07:02

里氏替换原则，OCP作为OO的高层原则，主张使用“抽象(Abstraction)”和“多态(Polymorphism)”将设计中的静态结构改为动态结构，维持设计的封闭性。“抽象”是语言提供的功能。“多态”由继承语义实现。

里氏替换原则包含以下4层含义：

子类可以实现父类的抽象方法，但是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。
当子类覆盖或实现父类的方法时，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。

　　现在我们可以对以上四层含义进行讲解。

　　子类可以实现父类的抽象方法，但是不能覆盖父类的非抽象方法

　　在我们做系统设计时，经常会设计接口或抽象类，然后由子类来实现抽象方法，这里使用的其实就是里氏替换原则。子类可以实现父类的抽象方法很好理解，事实上，子类也必须完全实现父类的抽象方法，哪怕写一个空方法，否则会编译报错。

　　里氏替换原则的关键点在于不能覆盖父类的非抽象方法。父类中凡是已经实现好的方法，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规范，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。

　　在面向对象的设计思想中，继承这一特性为系统的设计带来了极大的便利性，但是由之而来的也潜在着一些风险。下面举例来说明继承的风险，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。

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