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。