里氏替换原则

• 在软件开发中，为了提高软件系统的可维护性和可复用性，增加软件的可扩展性和灵活性，程序员要尽量根据7条原则来开发程序，从而提高软件的开发效率，节约软件开发成本和维护成本，我们将在下面的几节中依次来介绍者7条原则，本节介绍里氏替换原则

历史替换原则的定义

由麻省理工学院计算机学实验室的里斯科夫（Liskov）女士在1987年的“面向对象技术高峰会议”（OOPSLA）上发表的一篇文章《数据抽象和层次》Data Abstraction and Hierarchy 里面提出来的，（Inheritance should ensure that any property property proved about supertype objects also holdes for subtype objects）

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，以及其中蕴含的原理，里氏替换原则是继承复用的基础，它反映了基类与子类之间的关系，是对开闭原则的补充，是对实现抽象化的具体步骤的规范。

里氏替换原则的作用

• 里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一。
• 它克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点。
• 它是动作正确性的保证，即类的扩展不会给已有的系统引入新的错误，降低了代码出错的可能性。
• 加强了程序的健壮性，同时变更时可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、扩展性、降低需求变更时引入的风险。

里氏替换原则的实现方法

也就是说：子类继承父类时，除添加新的方法完成新增加的功能外，尽量不要重写父类的方法。

根据上述理解，里氏替换原则总结

• 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
• 子类中可以增加自己可有的方法
• 当子类中的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的输入参数）要比父类的方法更宽松
• 当子类的方法实现父类的方法时（重写/重载或实现抽象方法），方法的后置条件（即方法的输出/返回值）要比父类方法更严格或相等

通过重写父类的方法来完成新的功能写起来虽然简单，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，程序运行出错的概率会非常大。
如果程序违背了里氏替换原则，则继承类的对象在基类出现的地方会出现运行错误，这时其修正方法时：取消原来的继承关系。

关于里氏替换原则的例子，最有名的是“正方形不是长方形”。当然，生活中也有很多类似的例子，例如：企鹅、鸵鸟和几维鸟从生物学的角度来划分，他们属于鸟类，但从类的继承关系来看，由于他们不能继承鸟类的会飞功能。所以他们不能定义为鸟的子类，同样，气球鱼 不会游泳，不能定义为鱼的子类，玩具炮不能炸人，所以不能定义为炮的子类等。
【例1】 里氏替换原则“几维鸟不是鸟”实例应用
分析：鸟一般都会飞行，燕子120km/h，几维鸟无法飞行，设计一个实例，计算两种鸟飞行300千米花费时间，显然，那燕子来测试这段代码，结果正确，几维鸟测试，结果就会发生“除零异常” 或“无穷大”，不符合预期。

jiweiniao.png

package principle;
public class LSPtest {
    public static void main(String[] args) {
        Bird bird1 = new Swallow();
        Bird bird2 = new BrownKiwi();
        bird1.setSpeed(120);
        bird2.setSpeed(120);
        System.out.println("如果飞行300公里：");
        try {
            System.out.println("燕子将飞行" + bird1.getFlyTime(300) + "小时.");
            System.out.println("几维鸟将飞行" + bird2.getFlyTime(300) + "小时。");
        } catch (Exception err) {
            System.out.println("发生错误了!");
        }
    }
}
//鸟类
class Bird {
    double flySpeed;
    public void setSpeed(double speed) {
        flySpeed = speed;
    }
    public double getFlyTime(double distance) {
        return (distance / flySpeed);
    }
}
//燕子类
class Swallow extends Bird {

}
//几维鸟类
class BrownKiwi extends Bird {
    public void setSpeed(double speed) {
        flySpeed = 0;
    }
}

程序的运行结果如下：

如果飞行300公里：
燕子将飞行2.5小时.
几维鸟将飞行Infinity小时。

程序运行错误的原因是：几维鸟类重写了鸟类的 setSpeed(double speed) 方法，这违背了里氏替换原则。正确的做法是：取消几维鸟原来的继承关系，定义鸟和几维鸟的更一般的父类，如动物类，它们都有奔跑的能力。几维鸟的飞行速度虽然为 0，但奔跑速度不为 0，可以计算出其奔跑 300 千米所要花费的时间。其类图如图 2 所示。

animotion.png

总结：里氏替换原则，在设计时要把握好对象的抽象粒度，如上例，我们也可以定义一些新的属性，是否可以飞行，从而在计算飞行速度的时候将几维鸟排除或是抛出异常提醒用户几维鸟，没有飞行能力！扩展父类型的属性或如上例将父类型在抽象出更高的夫类型，都可以解决问题！

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