里氏代换原则

10.3.2? 里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）

里氏代换原则是由麻省理工学院（MIT）计算机科学实验室的Liskov女士，在1987年的OOPSLA大会上发表的一篇文章《Data Abstraction and Hierarchy》里面提出来的，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，以及其中的蕴涵的原理。2002年，软件工程大师Robert C. Martin，出版了一本《Agile Software Development Principles Patterns and Practices》，在文中他把里氏代换原则最终简化为一句话："Subtypes must be substitutable for their base types"，也就是说，子类必须能够替换成它们的基类。

我们把里氏代换原则解释得更完整一些：在一个软件系统中，子类应该可以替换任何基类能够出现的地方，并且经过替换以后，代码还能正常工作。子类也能够在基类的基础上增加新的行为。

里氏代换原则是对开闭原则的补充，它讲的是基类和子类的关系。只有当这种关系存在时，里氏代换关系才存在。

"正方形是长方形"是一个理解里氏代换原则的最经典的例子。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，应该让正方形继承自长方形。

长方形类如程序10-1所示。

程序10-1? 长方形类Rectangle.java

   
   
package?principle.liskovsubstitution; ?
    
    ?
    
    
public?class?Rectangle?{ ?

    
    
????private?int?height;? ?

    
    
????int?width; ?

    
    ?
    
    
????int?getHeight()?{ ?

    
    
????????return?height; ?

    
    ????} ?
    
    ?
    
    
????void?setHeight(int?height)?{ ?

    
    
????????this.height?=?height; ?

    
    ????} ?
    
    ?
    
    
????int?getWidth()?{ ?

    
    
????????return?width; ?

    
    ????} ?
    
    ?
    
    
????void?setWidth(int?width)?{ ?

    
    
????????this.width?=?width; ?

    
    ????} ?
    
    }?

继承了长方形的正方形类如程序10-2所示。

程序10-2? 正方形类Square.java

class?Square?extends?Rectangle?{ ?

    
    
????int?width)?{ ?

    
    
????????super.setWidth(width); ?

    
    
????????super.setHeight(width); ?

    
    ????} ?
    
    
????int?height)?{ ?

    
    
????????super.setWidth(height); ?

    
    
????????super.setHeight(height); ?

    
    ????} ?
    
    }?

由于正方形的长度和宽度必须相等，所以在方法setLength()和setWidth()中，对长度和宽度赋值相同。程序10-3所示的测试类中的函数zoom()用来增加长方形的长和宽。

程序10-3? 测试类TestRectangle.java

class?TestRectangle?{ ?

    
    
????void?zoom(Rectangle?rectangle,?int?width,153); background-color:inherit; font-weight:bold">int?height)?{ ?

    
    ????????rectangle.setWidth(rectangle.getWidth()?+?width); ?
    
    ????????rectangle.setHeight(rectangle.getHeight()?+?height); ?
    
    ????} ?
    
    }?

显然，当增加的长度和宽度不同时，不能够将其中的长方形换成其子类正方形。这就违反了里氏代换原则。

为了符合里氏代换原则，我们可以为长方形和正方形创建一个父类Base，并在其中定义好共有的属性，并定义一个zoom()抽象函数，如程序10-4所示。

程序10-4? 父类Base.java

abstract?class?Base?{ ?

    
    
????int?height; ?

    
    
????this.width?=?width; ?

    
    ????} ?
    
    ?
    
    
????void?zoom(int?height); ?

    
    }?

长方形类继承自该父类，并编写自己的zoom()实现函数，如程序10-5所示。

程序10-5? 修改后的长方形类BaseRectangle.java

class?BaseRectangle?extends?Base?{ ?

    
    
????int?height)?{ ?

    
    ????????setWidth(getWidth()?+?width); ?
    
    ????????setHeight(getHeight()?+?height); ?
    
    ????} ?
    
    }?

正方形类也继承自该父类，并编写自己的zoom()实现函数，如程序10-6所示。

程序10-6? 修改后的正方形类BaseSquare.java

class?BaseSquare?super.setHeight(height); ?

    
    ????} ?
    
    ???? ?
    
    
????int?length?=?(width?+?height)?/2; ?

    
    ????????setWidth(getWidth()?+?length); ?
    
    ????????setHeight(getHeight()?+?length); ?
    
    ????} ?
    
    }?

编写测试函数如程序10-7所示。

程序10-7? 修改后的测试类BastTest.java

class?BastTest?{ ?

    
    
????void?zoom(Base?base,153); background-color:inherit; font-weight:bold">int?height)?{ ?

    
    ????????base.zoom(width,?height); ?
    
    ????} ?
    
    }?

此时的Base类可以被它的子类Rectangle和Square所替代，而不用改变测试代码。这就是符合里氏代换原则的编写方式。

由此可见，在进行设计的时候，我们尽量从抽象类继承，而不是从具体类继承。如果从继承等级树来看，所有叶子节点应当是具体类，而所有的树枝节点应当是抽象类或者接口。当然这只是一个一般性的指导原则，使用的时候还要具体情况具体分析。

里氏代换原则

10.3.2 里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）