里氏替換原則

肯定有不少人跟我剛看到這項原則的時候一樣，對這個原則的名字充滿疑惑。其實原因就是這項原則最早是在1988年，由麻省理工學院的一位姓里的女士（Barbara Liskov）提出來的。

定義 1

如果對每一個類型為 T1的對象 o1，都有類型為 T2 的對象o2，使得以 T1定義的所有程序 P 在所有的對象 o1 都代換成 o2 時，程序 P 的行為沒有發(fā)生變化，那么類型 T2 是類型 T1 的子類型。

定義 2

所有引用基類的地方必須能透明地使用其子類的對象。

問題由來

有一功能P1，由類A完成?，F(xiàn)需要將功能P1進行擴展，擴展后的功能為P，其中P由原有功能P1與新功能P2組成。新功能P由類A的子類B來完成，則子類B在完成新功能P2的同時，有可能會導(dǎo)致原有功能P1發(fā)生故障。

解決方案

當使用繼承時，遵循里氏替換原則。類B繼承類A時，除添加新的方法完成新增功能P2外，盡量不要重寫父類A的方法，也盡量不要重載父類A的方法。

繼承包含這樣一層含義：父類中凡是已經(jīng)實現(xiàn)好的方法（相對于抽象方法而言），實際上是在設(shè)定一系列的規(guī)范和契約，雖然它不強制要求所有的子類必須遵從這些契約，但是如果子類對這些非抽象方法任意修改，就會對整個繼承體系造成破壞。而里氏替換原則就是表達了這一層含義。

繼承作為面向?qū)ο笕筇匦灾?，在給程序設(shè)計帶來巨大便利的同時，也帶來了弊端。比如使用繼承會給程序帶來侵入性，程序的可移植性降低，增加了對象間的耦合性，如果一個類被其他的類所繼承，則當這個類需要修改時，必須考慮到所有的子類，并且父類修改后，所有涉及到子類的功能都有可能會產(chǎn)生故障。

舉例說明繼承的風險，我們需要完成一個兩數(shù)相減的功能，由類A來負責。

    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));
        }
    }

運行結(jié)果：

100-50=50  
100-80=20

后來，我們需要增加一個新的功能：完成兩數(shù)相加，然后再與100求和，由類B來負責。即類B需要完成兩個功能：

• 兩數(shù)相減。
• 兩數(shù)相加，然后再加100。

由于類A已經(jīng)實現(xiàn)了第一個功能，所以類B繼承類A后，只需要再完成第二個功能就可以了，代碼如下：

    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));
        }
    }

類B完成后，運行結(jié)果：

100-50=150  
100-80=180  
100+20+100=220

我們發(fā)現(xiàn)原本運行正常的相減功能發(fā)生了錯誤。原因就是類B在給方法起名時無意中重寫了父類的方法，造成所有運行相減功能的代碼全部調(diào)用了類B重寫后的方法，造成原本運行正常的功能出現(xiàn)了錯誤。在本例中，引用基類A完成的功能，換成子類B之后，發(fā)生了異常。在實際編程中，我們常常會通過重寫父類的方法來完成新的功能，這樣寫起來雖然簡單，但是整個繼承體系的可復(fù)用性會比較差，特別是運用多態(tài)比較頻繁時，程序運行出錯的幾率非常大。如果非要重寫父類的方法，比較通用的做法是：原來的父類和子類都繼承一個更通俗的基類，原有的繼承關(guān)系去掉，采用依賴、聚合，組合等關(guān)系代替。

里氏替換原則通俗的來講就是：子類可以擴展父類的功能，但不能改變父類原有的功能。它包含以下4層含義：

• 子類可以實現(xiàn)父類的抽象方法，但不能覆蓋父類的非抽象方法。
• 子類中可以增加自己特有的方法。
• 當子類的方法重載父類的方法時，方法的前置條件（即方法的形參）要比父類方法的輸入?yún)?shù)更寬松。
• 當子類的方法實現(xiàn)父類的抽象方法時，方法的后置條件（即方法的返回值）要比父類更嚴格。

看上去很不可思議，因為我們會發(fā)現(xiàn)在自己編程中常常會違反里氏替換原則，程序照樣跑的好好的。所以大家都會產(chǎn)生這樣的疑問，假如我非要不遵循里氏替換原則會有什么后果？

后果就是：你寫的代碼出問題的幾率將會大大增加。