设计模式六大原则2—里氏替换原则

                   里氏替换原则（Liskov Substitution Principle， LSP）

   看到里氏替换原则，感觉很好奇，名字很怪，哈哈哈，其实这项原则最早是在1988年，由麻省理工学院的一位姓里的女士（Barbara Liskov）提出来的，向伟大的IT届的女精英们致敬！

定义1：如果对应类型为S的对象o1，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都替换成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。

定义2：所有引用基类的地方都必须能够透明地使用其子类的对象。

问题由来：有一功能P1，由类A完成。现需要对功能P1进行扩展，扩展后的功能为P，其中P由原有功能P1与新功能P2组成。新功能P由类A的子类B来完成，则子类B在完成新功能P2的同时，有可能会导致原有功能P1发生故障。

解决方案：当使用继承时，遵循里氏替换原则。类B继承类A时，除添加新的方法完成新增功能P2外，尽量不要重写父类A的非抽象方法，也尽量不要重载父类A的方法。

       继承包含这样一层含义：父类中凡是已经实现好的方法（相对于抽象方法而言），实际上是在设定一系列的规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵从这些契约，但是如果子类对这些非抽象方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。而里氏替换原则就是表达了这一层含义。

      继承作为面向对象三大特性之一，在给程序设计带来巨大便利的同时，也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性，子类在继承父类的同时，会对父类中的非抽象方法进行重写或重载，那么在一定程度上污染了父类；此外，程序的可移植性降低，增加了对象间的耦合性，如果一个类被其他的类所继承，则当这个类需要修改时，必须考虑到所有的子类，并且父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能会产生故障。

        举例说明继承的风险，我们需要完成一个两数相减的功能，由类A来负责。特别说明：以下的例子来自于网友卡奴达摩的专栏，在此特别感谢！

 class A{
     public int func1(int a, int b){
         return a-b;
     }
 }

 public class Client{
     public static void main(String[] args){
         A a = new A();
         System.out.println("100-50="+a.func1(100, 50));
         System.out.println("100-80="+a.func1(100, 80));
     }
 }

 运行结果：

100-50=50
100-80=20

        后来，我们需要增加一个新的功能：完成两数相加，然后再与100求和，由类B来负责。即类B需要完成两个功能：

• 两数相减。
• 两数相加，然后再加100。

        由于类A已经实现了第一个功能，所以类B继承类A后，只需要再完成第二个功能就可以了，代码如下：

 class B extends A{
     public int func1(int a, int b){
         return a+b;
     }

     public int func2(int a, int b){
         return func1(a,b)+100;
     }
 }

 public class Client{
     public static void main(String[] args){
         B b = new B();
         System.out.println("100-50="+b.func1(100, 50));
         System.out.println("100-80="+b.func1(100, 80));
         System.out.println("100+20+100="+b.func2(100, 20));
     }
 }

类B完成后，运行结果：

100-50=150
100-80=180
100+20+100=220

      我们发现原本运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类B在给方法起名时无意中重写了父类的方法，造成所有运行相减功能的代码全部调用了类B重写后的方法，造成原本运行正常的功能出现了错误。在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，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，程序运行出错的几率非常大。如果非要重写父类的方法，比较通用的做法是：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖、聚合，组合等关系代替。

里氏替换原则通俗的来讲就是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。它包含以下4层含义：

• 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特有的方法。
• 当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的形参）要比父类方法的输入参数更宽松。即覆写或者实现父类的方法时输入的参数可以被放大。                                                             “契约优先”的原则,就是接口，这种设计方法也叫做Design by Contract.                                                             前置条件就是你要让我执行，就必须满足我的条件；后置条件就是我执行完了需要反馈。

• 当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的后置条件（即方法的返回值）要比父类更严格。即
  覆写或者实现父类的方法时输出的结果可以被缩小。

      父类的一个方法的返回值是一个类型T，子类的相同方法（重载或覆写）的返回值为S，那么里氏替换原则就要求S必须小于等于T，也就是说要么S和T是同一个类型，要么S是T的子类。

  后两层含义其实就是：继承类方法必须接受任何基类方法能接受的任何条件（参数）。同样，继承类必须顺从基类的所有后续条件。这样，我们就有了基于合同的LSP，基于合同的LSP是LSP的一种强化。

  好处：

  增强程序的健壮性，版本升级时也可以保持非常好的兼容性。即使增加子类，原有的子类还可以继续运行。