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[六大设计原则] 2. Liskov Substitution Principle

定义

LSP,Liskov Substitution Principle:

  • If for each object s of type S, there is an object t of type T such that for all programs P defined in terms of T, the behavior of P is unchanged when s is substituted for t when S is a subtype of T.
  • Functions that use pointers or references to base classes must be able to user objects of derived classes without knowing it.

    所有引用基类的地方,都能透明地替换成其子类对象。只要父类能出现的地方,子类就可以出现。

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。

问题由来

引入里氏替换原则能充分发挥继承的优点、减少继承的弊端。

继承的优点:

  • 代码共享,减少创建类的工作量;每个子类都有父类的方法和属性;
  • 提高代码重用性;
  • 子类可以形似父类,但又异于父类;
  • 提高代码可扩展性;
  • 提高产品开放性。

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,让子类自由的世界多了些约束;
  • 增强了耦合性:当父类的属性和方法被修改时,必须要考虑子类的修改。

示例(继承的缺点):

原有类A,实现减法功能:

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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));
    }
}

新增需求:新增两数相加、然后再与100求和的功能,由类B来负责

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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));
    }
}

OOPS! 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!

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

LSP为继承定义了一个规范,包括四层含义:
1. 子类必须完全实现父类的方法
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;则建议不要用继承,而采用依赖、聚集、组合等关系代替继承。
例如:父类AbstractGun有shoot()方法,其子类ToyGun不能完整实现父类的方法(玩具枪不能射击,ToyGun.shoot()中没有任何处理逻辑),则应该断开继承关系,另外建一个AbstractToy父类。

2. 子类可以有自己的个性
即,在子类出现的地方,父类未必就能替代。

3. 重载或实现父类方法时,输入参数可以被放大(入参可以更宽松)
否则,用子类替换父类后,会变成执行子类重载后的方法,而该方法可能“歪曲”父类的意图,可能引起业务逻辑混乱。

4. 重写或实现父类方法时,返回类型可以被缩小(返回类型更严格)

建议

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。
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。

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。

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