Java设计模式之里氏替换原则精解

1.什么是里氏替换原则？

我们都知道，在面向对象编程中有三大特性（封装、继承、多态），在这里我们来说 继承 这个东西。

继承包含这样一层含义:父类中凡是已经实现好的方法，实际上是在设定规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵循这些契约，但是如果子类对这些已经实现的方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。

也就是说：继承在给程序设计带来便利的同时，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产生故障。

问题提出:在编程中，如何正确的使用继承? => 里氏替换原则

• 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)在1988年，由麻省理工学院的以为姓里的女士提出的。
• 如果对每个类型为Tl的对象o1，都有类型为T2的对象o2，使得以Tl定义的所有程序Р在所有的对象o1都代换成o2时，程序Р的行为没有发生变化，那么类型T2是类型TI的子类型。换句话说，所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。
• 在使用继承时，遵循里氏替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法。
• 里氏替换原则告诉我们，继承实际上让两个类耦合性增强了，在适当的情况下，可以通过聚合，组合，依赖来解决问题。

2.代码案例

package com.szh.principle.liskov;

/**
 *
 */
// A类
class A {
    // 返回两个数的差
    public int func1(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
}

// B类继承了A
// 增加了一个新功能：完成两个数相加,然后和9求和
class B extends A {
    //这里，重写了A类的方法, 可能是无意识
    public int func1(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    public int func2(int a, int b) {
        return func1(a, b) + 9;
    }
}

public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
        System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));
        System.out.println("-----------------------");

        B b = new B();
        System.out.println("11-3=" + b.func1(11, 3));  //这里本意是求出11-3
        System.out.println("1-8=" + b.func1(1, 8));    //这里本意是求出1-8
        System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
    }
}

从代码运行结果中看到，有两行出了问题，这是因为B继承A之后，并且重写了func1方法，那么此时就不会再去执行A类的func1方法了，而是执行B自己的func1方法，而B中func1方法的逻辑是对两个数求和，所以这里你以为的就不再是你以为的了。

3.改进代码

我们发现原来运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类B无意中重写了父类的方法，造成原有功能出现错误。在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法完成新的功能，这样写起来虽然简单，但整个继承体系的复用性会比较差。特别是运行多态比较频繁的时候。

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。

package com.szh.principle.liskov.improve;

/**
 *
 */
//创建一个更加基础的基类
class Base {
    //把更加基础的方法和成员写到Base类
}

// A类
class A extends Base {
    // 返回两个数的差
    public int func1(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
}

// B类继承了A
// 增加了一个新功能：完成两个数相加,然后和9求和
class B extends Base {
    //如果B需要使用A类的方法,使用组合关系
    private A a = new A();

    //这里，重写了A类的方法, 可能是无意识
    public int func1(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    public int func2(int a, int b) {
        return func1(a, b) + 9;
    }

    //我们仍然想使用A的方法
    public int func3(int a, int b) {
        return this.a.func1(a, b);
    }
}

public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
        System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));
        System.out.println("-----------------------");

        B b = new B();
        //因为B类不再继承A类，因此调用者不会再认为func1方法是求减法
        //调用完成的功能就会很明确
        System.out.println("11+3=" + b.func1(11, 3));//这里本意是求出11+3
        System.out.println("1+8=" + b.func1(1, 8));//这里本意是求出1+8
        System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
        //使用组合仍然可以使用到A类相关方法
        System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));// 这里本意是求出11-3
    }

}

此时我们创建一个更基础的Base类，让A和B都继承这个类，如果还想像之前那样在B中使用A，那么就采用 组合 来解决，即在B类中声明一个 私有的A类成员变量就可以了。

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