设计模式系列：里氏替换原则

问题由来

  问题由来：有一功能P1，由类A完成。现需要将功能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，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。

定义

只要父类出现的地方子类都可以出现，而且替换为子类不会产生任何错误和异常。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。

• 里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一，由于使用基类对象的地方都可以使用子类对象，因此在程序中尽量使用基类类型来对对象进行定义，而在运行时再确定其子类类型，用子类对象来替换父类对象。在运用里氏替换原则时，应该将父类设计为抽象类或者接口，让子类继承父类或实现父接口，并实现在父类中声明的方法，运行时，子类实例替换父类实例，可以很方便地扩展系统的功能，无须修改原有子类的代码，增加新的功能可以通过增加一个新的子类来实现。

• 子类必须完全实现父类的方法
  在类中调用其他类时务必要使用父类或接口（有父类的情况下），如果不能使用父类或接口，则说明类的设计已经违背了LSP原则。
  ！不是必须的吧，有的时候可能就是需要子类的特性。

• 子类可以有自己的个性。

• 覆盖或实现父类的方法时输入参数可以被放大。（重载而不是override父类的方法）。你想想如果父类的输入参数类型宽于子类的输入参数类型。会出现什么问题呢？会出现父类出现的地方，子类就未必可以存在。
  即子类中方法的参数类型必须与父类的前置条件相同或更宽松。

• 覆写或实现父类的方法时输出结果可以被缩小。
  在我们做系统设计时，经常会设计接口或抽象类，然后由子类来实现抽象方法，这里使用的其实就是里氏替换原则。子类可以实现父类的抽象方法很好理解，事实上，子类也必须完全实现父类的抽象方法，哪怕写一个空方法，否则会编译报错。
  里氏替换原则的关键点在于不能覆盖父类的非抽象方法。父类中凡是已经实现好的方法，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规范，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。
  不是必须的，因为有时我们不得不要重写，比如自定义view时需要重写onmeasure方法等等

• 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，也带来了一些弊端，它增加了对象之间的耦合性。因此在系统设计时，遵循里氏替换原则，尽量避免子类重写父类的方法，可以有效降低代码出错的可能性。

例子

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。

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。在本例中，引用基类A完成的功能，换成子类B之后，发生了异常。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。

优缺点

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。
• 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。

看上去很不可思议，因为我们会发现在自己编程中常常会违反里氏替换原则，程序照样跑的好好的。所以大家都会产生这样的疑问，假如我非要不遵循里氏替换原则会有什么后果？
后果就是：你写的代码出问题的几率将会大大增加。
可以解决继承中出现的一些问题