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Java設(shè)計(jì)模式之里氏替換原則精解

更新時(shí)間：2022年02月08日 11:06:45 作者：張起靈-小哥

設(shè)計(jì)模式（Design pattern）代表了最佳的實(shí)踐，通常被有經(jīng)驗(yàn)的面向?qū)ο蟮能浖_(kāi)發(fā)人員所采用。設(shè)計(jì)模式是軟件開(kāi)發(fā)人員在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中面臨的一般問(wèn)題的解決方案。本篇介紹設(shè)計(jì)模式七大原則之一的里氏替換原則

1.什么是里氏替換原則？

我們都知道，在面向?qū)ο缶幊讨杏腥筇匦裕ǚ庋b、繼承、多態(tài)），在這里我們來(lái)說(shuō) 繼承這個(gè)東西。

繼承包含這樣一層含義:父類中凡是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)好的方法，實(shí)際上是在設(shè)定規(guī)范和契約，雖然它不強(qiáng)制要求所有的子類必須遵循這些契約，但是如果子類對(duì)這些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的方法任意修改，就會(huì)對(duì)整個(gè)繼承體系造成破壞。

也就是說(shuō)：繼承在給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了弊端。比如使用繼承會(huì)給程序帶來(lái)侵入性,程序的可移植性降低，增加對(duì)象間的耦合性，如果一個(gè)類被其他的類所繼承，則當(dāng)這個(gè)類需要修改時(shí)，必須考慮到所有的子類，并且父類修改后，所有涉及到子類的功能都有可能產(chǎn)生故障。

問(wèn)題提出:在編程中，如何正確的使用繼承? => 里氏替換原則 ??????

里氏替換原則(Liskov Substitution Principle)在1988年，由麻省理工學(xué)院的以為姓里的女士提出的。
如果對(duì)每個(gè)類型為T(mén)l的對(duì)象o1，都有類型為T(mén)2的對(duì)象o2，使得以Tl定義的所有程序Р在所有的對(duì)象o1都代換成o2時(shí)，程序Р的行為沒(méi)有發(fā)生變化，那么類型T2是類型TI的子類型。換句話說(shuō)，所有引用基類的地方必須能透明地使用其子類的對(duì)象。
在使用繼承時(shí)，遵循里氏替換原則，在子類中盡量不要重寫(xiě)父類的方法。
里氏替換原則告訴我們，繼承實(shí)際上讓兩個(gè)類耦合性增強(qiáng)了，在適當(dāng)?shù)那闆r下，可以通過(guò)聚合，組合，依賴來(lái)解決問(wèn)題。

2.代碼案例

package com.szh.principle.liskov;
 
/**
 *
 */
// A類
class A {
    // 返回兩個(gè)數(shù)的差
    public int func1(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
}
 
// B類繼承了A
// 增加了一個(gè)新功能：完成兩個(gè)數(shù)相加,然后和9求和
class B extends A {
    //這里，重寫(xiě)了A類的方法, 可能是無(wú)意識(shí)
    public int func1(int a, int b) {
        return a + b;
    }
 
    public int func2(int a, int b) {
        return func1(a, b) + 9;
    }
}
 
public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
        System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));
        System.out.println("-----------------------");
 
        B b = new B();
        System.out.println("11-3=" + b.func1(11, 3));  //這里本意是求出11-3
        System.out.println("1-8=" + b.func1(1, 8));    //這里本意是求出1-8
        System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
    }
}

從代碼運(yùn)行結(jié)果中看到，有兩行出了問(wèn)題，這是因?yàn)锽繼承A之后，并且重寫(xiě)了func1方法，那么此時(shí)就不會(huì)再去執(zhí)行A類的func1方法了，而是執(zhí)行B自己的func1方法，而B(niǎo)中func1方法的邏輯是對(duì)兩個(gè)數(shù)求和，所以這里你以為的就不再是你以為的了。

3.改進(jìn)代碼

我們發(fā)現(xiàn)原來(lái)運(yùn)行正常的相減功能發(fā)生了錯(cuò)誤。原因就是類B無(wú)意中重寫(xiě)了父類的方法，造成原有功能出現(xiàn)錯(cuò)誤。在實(shí)際編程中，我們常常會(huì)通過(guò)重寫(xiě)父類的方法完成新的功能，這樣寫(xiě)起來(lái)雖然簡(jiǎn)單，但整個(gè)繼承體系的復(fù)用性會(huì)比較差。特別是運(yùn)行多態(tài)比較頻繁的時(shí)候。

通用的做法是: 原來(lái)的父類和子類都繼承一個(gè)更通俗的基類，原有的繼承關(guān)系去掉，采用依賴，聚合，組合等關(guān)系代替。

package com.szh.principle.liskov.improve;
 
/**
 *
 */
//創(chuàng)建一個(gè)更加基礎(chǔ)的基類
class Base {
    //把更加基礎(chǔ)的方法和成員寫(xiě)到Base類
}
 
// A類
class A extends Base {
    // 返回兩個(gè)數(shù)的差
    public int func1(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
}
 
// B類繼承了A
// 增加了一個(gè)新功能：完成兩個(gè)數(shù)相加,然后和9求和
class B extends Base {
    //如果B需要使用A類的方法,使用組合關(guān)系
    private A a = new A();
 
    //這里，重寫(xiě)了A類的方法, 可能是無(wú)意識(shí)
    public int func1(int a, int b) {
        return a + b;
    }
 
    public int func2(int a, int b) {
        return func1(a, b) + 9;
    }
 
    //我們?nèi)匀幌胧褂肁的方法
    public int func3(int a, int b) {
        return this.a.func1(a, b);
    }
}
 
public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
        System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));
        System.out.println("-----------------------");
 
        B b = new B();
        //因?yàn)锽類不再繼承A類，因此調(diào)用者不會(huì)再認(rèn)為func1方法是求減法
        //調(diào)用完成的功能就會(huì)很明確
        System.out.println("11+3=" + b.func1(11, 3));//這里本意是求出11+3
        System.out.println("1+8=" + b.func1(1, 8));//這里本意是求出1+8
        System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
        //使用組合仍然可以使用到A類相關(guān)方法
        System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));// 這里本意是求出11-3
    }
 
}

此時(shí)我們創(chuàng)建一個(gè)更基礎(chǔ)的Base類，讓A和B都繼承這個(gè)類，如果還想像之前那樣在B中使用A，那么就采用組合來(lái)解決，即在B類中聲明一個(gè) 私有的A類成員變量就可以了。