里氏代换原则(Liskov Substitution Principle, LSP):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。
里氏代换原则告诉我们,在软件中将一个基类对象替换成它的子类对象,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对象的话,那么它不一定能够使用基类对象。例如:我喜欢动物,那我一定喜欢狗,因为狗是动物的子类;但是我喜欢狗,不能据此断定我喜欢动物,因为我并不喜欢老鼠,虽然它也是动物。
例如有两个类,一个类为BaseClass,另一个是SubClass类,并且SubClass类是BaseClass类的子类,那么一个方法如果可以接受一个BaseClass类型的基类对象base的话,如:method1(base),那么它必然可以接受一个BaseClass类型的子类对象sub,method1(sub)能够正常运行。反过来的代换不成立,如一个方法method2接受BaseClass类型的子类对象sub为参数:method2(sub),那么一般而言不可以有method2(base),除非是重载方法。
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。
在使用里氏代换原则时需要注意如下几个问题:
- 子类的所有方法必须在父类中声明,或子类必须实现父类中声明的所有方法。根据里氏代换原则,为了保证系统的扩展性,在程序中通常使用父类来进行定义,如果一个方法只存在子类中,在父类中不提供相应的声明,则无法在以父类定义的对象中使用该方法。
- 我们在运用里氏代换原则时,尽量把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,我们可以很方便地扩展系统的功能,同时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。里氏代换原则是开闭原则的具体实现手段之一。
- Java语言中,在编译阶段,Java编译器会检查一个程序是否符合里氏代换原则,这是一个与实现无关的、纯语法意义上的检查,但Java编译器的检查是有局限的。
具体实例分析:
比如有家杂货铺,卖各种商品,每种商品都有价格,收银台直接扫描就知道每件商品的价格了,原始结构图如下:
对系统进一步分析就会发现,无论是牙膏还是水,卖的时候这个过程都是一样的,都要收费,只是费用不同而已,所以GroceryStore类中的sell方法重复了,而且杂货铺里边的东西不止这两件,还有很多,为了让系统具有更好的扩展性,同时减少代码重复,使用里氏代换原则对其进行重构。
本例中,可以将卖的具体东西都抽象成商品(product),然后让具体的商品作为子类,GroceryStore类只需要针对商品类(product)进行编程,根据里氏替换原则,能够接受基类对象的地方必然能接受子类对象,以此只需要将sell方法中的参数改成product就可以了,如果需要增加具体商品,可以继承product类就可以了。结构图如下:
里氏代换原则是实现开闭原则的重要方式之一。在本实例中,在传递参数时使用基类对象,除此以外,在定义成员变量、定义局部变量、确定方法返回类型时都可使用里氏代换原则。针对基类编程,在程序运行时再确定具体子类。