设计模式-里氏替换原则(接口反转原则)

Liskov Substitution Principle(里氏替换原则)

里氏替换原则的英文名称是Liskov Substitution Principle，简称是LSP。

A derived class (subclass) object can replace its base class (superclass) object in a program.(派生类（子类）对象可以在程式中代替其基类（超类）对象。)

在面向对象的语言中，继承是必不可少的、非常优秀的语言机制，它有如下优点：

● 代码共享，减少创建类的工作量，每个子类都拥有父类的方法和属性；

● 提高代码的重用性；

● 子类可以形似父类，但又异于父类，“龙生龙，凤生凤，老鼠生来会打洞”是说子拥有父的“种”，“世界上没有两片完全相同的叶子”是指明子与父的不同；

● 提高代码的可扩展性，实现父类的方法就可以“为所欲为”了，君不见很多开源框架的扩展接口都是通过继承父类来完成的；

● 提高产品或项目的开放性。

自然界的所有事物都是优点和缺点并存的，即使是鸡蛋，有时候也能挑出骨头来，继承的缺点如下：

 ● 降低代码的灵活性。子类必须拥有父类的属性和方法，让子类自由的世界中多了些约束；

• 继承是侵入性的。只要继承，就必须拥有父类的所有属性和方法；

  ● 增强了耦合性。当父类的常量、变量和方法被修改时，需要考虑子类的修改，而且在缺乏规范的环境下，这种修改可能带来非常糟糕的结果——大段的代码需要重构

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Java使用extends关键字来实现继承，它采用了单一继承的规则，C++则采用了多重继承的规则，一个子类可以继承多个父类。从整体上来看，利大于弊，怎么才能让“利”的因素发挥最大的作用，同时减少“弊”带来的麻烦呢？解决方案是引入里氏替换原则（LiskovSubstitution Principle，LSP），什么是里氏替换原则呢？它有两种定义：

• 第一种定义，也是最正宗的定义：If for each object o1 oftype S there is an object o2 of type T such that for allprograms P defined in terms of T,the behavior of P is unchanged when o1 is substituted for o2 then S is a subtype

  of T.（如果对每一个类型为S的对象o1，都有类型为T的对象o2，使得以T定义的所有程序P在所有的对象o1都代换成o2时，程序P的行为没有发生变化，那么类型S是类型T的子类型。）

• 第二种定义：Functions that use pointers or references to base classes must be able to use objects of derived classes without knowing it.（所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。）

第二个定义是最清晰明确的，通俗点讲，只要父类能出现的地方子类就可以出现，而且替换为子类也不会产生任何错误或异常，使用者可能根本就不需要知道是父类还是子类。但是，反过来就不行了，有子类出现的地方，父类未必就能适应。

Disputes are constant and rules are suppressed(纠纷不断，规则压制)

里氏替换原则为良好的继承定义了一个规范，一句简单的定义包含了4层含义。

1.子类必须完全实现父类的方法

我们在做系统设计时，经常会定义一个接口或抽象类，然后编码实现，调用类则直接传入接口或抽象类，其实这里已经使用了里氏替换原则。我们举个例子来说明这个原则，大家都打过CS吧，非常经典的FPS类游戏，我们来描述一下里面用到的枪类图如图2-1所示。

枪的主要职责是射击，如何射击在各个具体的子类中定义，手枪是单发射程比较近，步枪威力大射程远，机枪用于扫射。在士兵类中定义了一个方法killEnemy，使用枪来杀敌人，具体使用什么枪来杀敌人，调用的时候才知道，AbstractGun类的源程序如代码清单2-1所示

代码清单2-1 枪支的抽象类

/**
 * @author AdminUser
 */
public abstract class AbstractGun {
   
    /**
     * 抢的是使用抽象类
     */
    protected abstract void shoot();
}

手枪、步枪、机枪的实现类如代码清单2-2所示。

代码清单2-2 手枪、步枪、机枪的实现类

/**
 * 手枪的实体类
 * @author AdminUser
 */
public class Handgun extends AbstractGun {
   
    /**
     * 抢的是使用抽象类
     */
    @Override
    public void shoot() {
   
        System.out.println("手枪射击...");
    }
}

/**
 * @author AdminUser
 */
public class MachineGun extends AbstractGun {
   
    @Override
    public void shoot(){
   
        System.out.println("机枪扫射...");
    }
}

/**
 * @author AdminUser
 */
public class Rifle extends AbstractGun {
   
    @Override
    public void shoot(){
   
        System.out.println("步枪射击...");