设计原则之里氏替换原则详解

一、里氏替换原则定义

定义： 如果对每一个类型为T1的对象O1，都有类型为T2的对象O2，使得所有以T1定义的所有程序P在所有的对象O1都替换成O2时，程序P的行为没有发生任何变化，那么类型T2是类型T1的子类型。

通俗理解就是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。有以下几个引申含义：

1. 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。
2. 子类中可以增加自己特有的方法。
3. 当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（方法的输入，入参）要比父类的入参更宽松。
4. 当子类的方法实现父类的方法时（重写，重载，实现抽象方法），方法的后置条件（输出、返回值）要比父类更严格或相等。

概念扩展：一个软件实体如果适用一个父类的话，那么一定适用其子类，所有引用父类的地方必须能透明的使用其子类的对象，子类对象能够替换其父类对象，而程序的逻辑不变。

里氏替换原则主要阐述了有关继承的一些原则，也就是什么时候应该使用继承，什么时候不应该使用继承，它反映了基类与子类之间的关系，是对开闭原则的补充。

二、里氏替换原则优点

1. 约束继承泛滥，它也是开闭原则的一种很好的体现。
2. 提高了代码的重用性。
3. 降低了系统的出错率。类的扩展不会给原类造成影响，降低了代码出错的范围和系统出错的概率。
4. 加强程序的健壮性，同时变更时可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、可扩展性，降低需求变更时引入的风险。

三、下面我们举符合和不符合的里氏替换原则的例子说明

例子描述： 先定义一个长方形类，正方形是特殊的长方形，再定义一个正方形类继承长方形类并重写长方形类中的方法，再编写一个测试类，测试类中定义一个方法，当长方形的长度大于宽度时候，高度每次加一，输出长和宽的数值。在main方法中给长方形长和宽赋初始值。发现长方形打印没问题。但如果给main方法中的正方形边长赋值，则while条件会变成永真条件，无限输出，这就违背了里氏替换原则，因为用父类执行可以，用子类执行逻辑就被改变了。

@Getter @Setter public class Rectangle { 
   //长方形 private long height; private long width; } @Setter @Getter public class Square extends Rectangle{ 
   //正方形 private long length; @Override public long getHeight() { 
    return getLength(); } @Override public long getWidth() { 
    return getLength(); } @Override public void setHeight(long height) { 
    setLength(height); } @Override public void setWidth(long width) { 
    setLength(width); } } public class SimpleTest { 
    public static void resize(Rectangle rectangle) { 
    while (rectangle.getWidth() >= rectangle.getHeight()){ 
    rectangle.setHeight(rectangle.getHeight() +1); System.out.println("width:" + rectangle.getWidth()+",height:"+rectangle.getHeight()); } } public static void main(String[] args) { 
    Rectangle rectangle = new Rectangle(); rectangle.setWidth(10); rectangle.setHeight(5); resize(rectangle); Square square = new Square(); square.setLength(10); resize(square); } } 

我们怎么修改代码使它遵循里氏替换原则呢，我们可以抽象出来一个四边形接口，长方形和正方形分别实现接口。

@Getter @Setter public class Rectangle implements QuadRangle{ 
   //长方形 private long height; private long width; } public interface QuadRangle { 
   //四边形接口 long getWidth(); long getHeight(); } @Setter @Getter public class Square implements QuadRangle{ 
   //正方形 private long length; @Override public long getWidth() { 
    return length; } @Override public long getHeight() { 
    return length; } } public class SimpleTest { 
    public static void resize(Rectangle rectangle) { 
    while (rectangle.getWidth() >= rectangle.getHeight()){ 
    rectangle.setHeight(rectangle.getHeight() +1); System.out.println("width:" + rectangle.getWidth()+",height:"+rectangle.getHeight()); } System.out.println("Resize End,width:" + rectangle.getWidth()+",height:"+rectangle.getHeight()); } public static void main(String[] args) { 
    Rectangle rectangle = new Rectangle(); rectangle.setWidth(10); rectangle.setHeight(5); resize(rectangle); Square square = new Square(); square.setLength(10); resize(square); } } 

然后这里的 Rectangle参数就不能被改变了，如果传入QuadRangle则会报错，避免了继承泛滥问题

public static void resize(Rectangle rectangle) { 
    

正方形也无法调用resize方法，不满足条件，这就通过修改符合了里氏替换原则。

resize(square); 

这也只是类的继承关系结构之间的里氏替换原则的体现。方法上的里氏替换原则的具体体现就不再演示了。日常中大家也一直在使用。