面向对象的六大原则（三）

里氏替换原则的定义

里氏替换原则的英文为Liskov Substitution Principle，简称是LSP。里氏替换原则有两种定义：

第一种定义 :
If for each object o1 of type S there is an object o2 of type T such that for all programs 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。）

第二种定义更加清晰明确，简单的说，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。

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。

经典范例

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。下面看设计图，在此例中，正方形继承了长方形，这在我们眼中看起来好像很正常
ShowImage

代码实现如下

长方形Rectangle类

public class Rectangle {
    private int mWidth;
    private int mLength;
    public void setLength(int length) {
        mLength = length;
    }
    public void setWidth(int width) {
        mWidth = width;
    }
    public int getLength() {
        return mLength;
    }
    public int getWidth() {
        return mWidth;
    }
    public int getArea() {
        return mLength * mWidth;
    }
}

正方形Square类

public class Square extends Rectangle {
    @Override
    public void setWidth(int width) {
        super.setWidth(width);
        super.setLength(width);
    }
    @Override
    public void setLength(int length) {
        super.setLength(length);
        super.setWidth(length);
    }
}

运行测试类

public class LspTest {
    //第一个案例 长方形返回的面积是50,正确
    @Test
    public void test1() {
        Rectangle rectangle1 = new Rectangle();
        rectangle1.setWidth(5);
        rectangle1.setLength(10);
        int area1 = rectangle1.getArea();
        assertEquals(50, area1);
    }
    //第二个案例 正方形返回的面积是100,不正确
    @Test
    public void test2() {
        Rectangle rectangle2 = new Square();
        rectangle2.setWidth(5);
        rectangle2.setLength(10);
        int area2 = rectangle2.getArea();
        assertEquals(50, area2);
    }
}

运行结果
test1测试跑绿灯，test2测试不过,错误信息如下

1
2
3

java.lang.AssertionError:
Expected :50
Actual   :100

发现在test2测试中，我们所期望的是，正方形就是长方形，那么正方形期望的面积也就理所应当的是50，然而在setWidth和setLength方法中，我们把父类Rectangle用子类Square进行替换，程序逻辑就不正常了，显然这就违背了里氏替换原则。因此，Rectangle类和Square类不应当是继承的关系。
仔细分析发现，正方形在设置长度和宽度这两个行为上，与长方形显然是不同的。长方形的行为：设置长方形的长度的时候，它的宽度保持不变，设置宽度的时候，长度保持不变。正方形的行为：设置正方形的长度的时候，宽度随之改变；设置宽度的时候，长度随之改变。所以，如果我们把这种行为加到基类长方形的时候，就导致了正方形无法继承这种行为。我们“强行”把正方形从长方形继承过来，就造成无法达到预期的结果。

里氏替换原则的启示

采用里氏替换原则的目的就是增强程序的健壮性，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。在实际项目中，每个子类对应不同的业务含义，使用父类作为参数，传递不同的子类完成不同的业务逻辑。

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。