李氏替换原则（Liskov Substitution Principle: LSP）

子类型必须能够替换掉他们的父类型

这里的所有观点摘抄自《敏捷软件开发原则、模式与实践》，原著Robert C. Martin，邓辉等译。

李氏替换原则

假设有一个函数f，接受一个指向某个基类B的指针或者引用。如果把B的派生类D的对象作为参数传给f，会导致f出现错误行为。那么D就违反了LSP。

另外一种情况，假定要对传入的对象D做测试，看D是否满足f所需要的条件。这个测试就会违反OCP。原因是什么呢？因为f需要的行为是B所具有的行为。
但是对于B的派生类却没有这样的要求。要让测试D的用例通过，就必须修改f，这样就违反了对修改封闭的原则，即OCP。

看一个违反LSP的例子：

struct Point (double x, y);

struct Shape {
    enum ShapeType { square, circle } itsType;
    Shape(ShapeType t) : itsType(t) {}
}

struct Circle: public Shape
{
    Circle(): Shape(circle) {};
    void Draw() const;
    Point itsCenter;
    double itsRadius;
}

struct Square: public Shape
{
    Square(): Shape(square) {};
    void Draw() const;
    Point itsTopLeft;
    double itsSide;
}

void DrawShape(const Shape& s)
{
    if (s.itsType == Shape::square)
        static_cast(s).Draw();
    else if (s.itsType == Shape::circle)
        static_cast(s).Draw();
}

很明显的，上述代码违反了OCP原则，因为我们新增一种形状，都会导致源代码的修改，需要添加新的if else。

这个例子也理所当然的违反了LSP，因为派生类Circle和Square并不能替换掉Shape. 除非Shape中包含Draw并且将Draw设置为虚函数。

另外一个有名的例子就是矩形和正方形的问题。我们在数学中会把正方形当做矩形的一个特例。从而影响到我们在开发过程中，也会理所当然的
认为正方形应该是从矩形派生而来。

但实际上应该考虑清楚，正方形和矩形，并非是一个继承的关系。矩形的长宽可以独立调整，如果正方形派生自矩形，那么正方形的长宽也应该可以
独立的调整。但实际上正方形长宽是固定相等的。

有人可能会说，可以在正方形的类中特殊处理。例如：

void Square::SetWidth(double w)
{
    Rectangle::SetWidth(w);
    Rectangle::SetHeight(w);
}

void Square::SetHeight(double w)
{
    Rectangle::SetWidth(w);
    Rectangle::SetHeight(w);
}

class Rectangle
{
    public:
        virtual void SetWidth(double w);
        virtual void SetHeight(double w);
}

void f(Rectangle& r)
{
    r.SetWidth(23);
}

上面的代码看起来运行没有问题，Square类的对象也可以作为参数传入f，但实际上隐藏了本质上的问题。也就是认知上的问题。

考虑如下的代码：

void ch(Rectange& r)
{
    r.SetWidth(22);
    r.SetHeight(30);
}

如果传入了一个正方形的对象，我们最终期望的正方形边长应该是多大？使用者只会知道，可以传入正方形，并期望传入之后
满足矩形的行为。但实际上会出现令人迷惑的结果。

这个有点类似于挂羊头卖狗肉的感觉，实际上需要的羊肉的味道，但是你给的确实狗肉，出来的结果可想而知。

如何识别

经过上面的几个例子，可以看到，如果单单从一个问题来看，也许系统是满足条件的。违反不违反LSP并没有多大的坏处。但是，
从设计的使用者的角度，就可以看出，违反了LSP原则会给系统的稳定性带来多大的影响。

但是有谁能够知道设计的使用者会做出怎样的合理假设呢？大多数这样的假设都很难预测。事实上如果试图去猜测使用者的所有
假设，会让系统无比复杂。最好的方法就是只预测那些明显对于LSP违反的情况。

继续深入的思考一下，LSP所描述的是一个严格的IS-A的关系。我们从认知上来看，正方形似乎是一个矩形，是它的一个特例。
但是从使用者的角度，正方形却处处和长方形不兼容。那么真正可以区分是否满足LSP（也就是满足IS-A）的条件是什么呢？

• 对象的行为方式

因为正方形和长方形所预期的行为方式不相容，所以不满足LSP。

所以，考察一个继承关系是否满足LSP，最终看的是派生的类和基类是否具有相同的行为方式。

具体的考察行为方式的办法有两种：

• 基于契约的设计(DBC)
• 单元测试中指定契约