设计模式原则（3）里氏替换原则

发布时间：2020-12-13 20:00:12 所属栏目：百科来源：网络整理

导读：定义：第一种定义方式相对严格：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的行为没有变化，那么类型S是类型T的子类型。第二种更容易理解的定义方式：所有引用基类（父类）的地方必须能

定义：

第一种定义方式相对严格：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的行为没有变化，那么类型S是类型T的子类型。

第二种更容易理解的定义方式：所有引用基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象。即子类能够必须能够替换基类能够从出现的地方。子类也能在基类的基础上新增行为。

（里氏代换原则由2008年图灵奖得主、美国第一位计算机科学女博士、麻省理工学院教授BarbaraLiskov和卡内基.梅隆大学Jeannette Wing教授于1994年提出。其原文如下：Let q(x) be a property provableabout objects x of type T. Then q(y) should be true for objects y of type Swhere S is a subtype of T. ）

原则分析：

1）讲的是基类和子类的关系，只有这种关系存在时，里氏代换原则才存在。正方形是长方形是理解里氏代换原则的经典例子。

2）里氏代换原则可以通俗表述为：在软件中如果能够使用基类对象，那么一定能够使用其子类对象。把基类都替换成它的子类，程序将不会产生任何错误和异常，反过来则不成立，如果一个软件实体使用的是一个子类的话，那么它不一定能够使用基类。

3）里氏代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。

例子：正方形不是长方形在数学领域里，正方形毫无疑问是长方形，它是一个长宽相等的长方形。所以，我们开发的一个与几何图形相关的软件系统中，让正方形继承自长方形是顺利成章的事情。由于正方形的度和宽度必须相等，所以在方法setLength和setWidth中，对长度和宽度赋值相同。

/** 
 * 长方形类Rectangle: 
 * 
 */  
class Rectangle {  
  double length;  
  double width;  
  public double getLength() { return length; }   
  public void setLength(double height) { this.length = length; }     
  public double getWidth() { return width; }  
  public void setWidth(double width) { this.width = width; }   
}

/** 
 * 正方形类Square: 
 */  
class Square extends Rectangle {  
  public void setWidth(double width) {  
    super.setLength(width);  
    super.setWidth(width);     
 }  
  public void setLength(double length) {   
    super.setLength(length);  
    super.setWidth(length);     
  }   
}

由于正方形的度和宽度必须相等，所以在方法setLength和setWidth中，对长度和宽度赋值相同。类TestRectangle是我们的软件系统中的一个组件，它有一个resize方法要用到基类Rectangle，resize方法的功能是模拟长方形宽度逐步增长的效果 :
测试类TestRectangle：

class TestRectangle {  
  public void resize(Rectangle objRect) {  
    while(objRect.getWidth() <= objRect.getLength()  ) {  
        objRect.setWidth(  objRect.getWidth () + 1 );  
    }  
  }  
}

我们运行一下这段代码就会发现，假如我们把一个普通长方形作为参数传入resize方法，就会看到长方形宽度逐渐增长的效果，当宽度大于长度,代码就会停止，这种行为的结果符合我们的预期；假如我们再把一个正方形作为参数传入resize方法后，就会看到正方形的宽度和长度都在不断增长，代码会一直运行下去，直至系统产生溢出错误。所以，普通的长方形是适合这段代码的，正方形不适合。
我们得出结论：在resize方法中，Rectangle类型的参数是不能被Square类型的参数所代替，如果进行了替换就得不到预期结果。因此，Square类和Rectangle类之间的继承关系违反了里氏代换原则，它们之间的继承关系不成立，正方形不是长方形。

优缺点：

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：

1）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；

2）提高代码的重用性；
3）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；
4）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；
5）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：
1）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；
2）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；
3）增强了耦合性。当父类的常量、变量和方法被修改时，必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——大片的代码需要重构。

转载自：

http://www.52php.cn/article/p-zgiaoglj-xc.html

（编辑：李大同）

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