设计原则 - 里氏替换原则

目录

• 概念
• 编码

• 实例
• 里氏替换原则
• 总结
• 源码

概念

• 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle, LSP)：一个软件实体如果适用一个父类的话，那一定适用于其子类，所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象，子类对象能够替换父类对象，而程序逻辑不变。
• 里氏替换原则表眀，在软件中将一个基类对象替换成他的子类对象，程序将不会产生任何错误和异常，反之则不成立；如果一个软件实体使用的是一个子类对象，那么它不一定能够使用基类对象。例如，张三喜欢动物，那张三一定喜欢狗，因为狗是动物的子类；如果张三喜欢狗，不能据此断定张三喜欢动物。
• 优点1：约束继承泛滥，开闭原则的一种体现。
• 优点2：加强程序的健壮性，同时变更时也可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、扩展性。降低需求变更时引入的风险。

编码

实例

• 验证正方形是不是特殊的长方形
• ​

  ​Rectangle.java​

  ​

/**
 * @Description 长方形
 * @date Dec 15, 2021
 * @Version 1.0
 */
public class Rectangle {

    private long length;
    private long width;

    public long getLength() {
        return length;
    }

    public void setLength(long length) {
        this.length = length;
    }

    public long getWidth() {
        return width;
    }

    public void setWidth(long width) {
        this.width = width;
    }
}      

• ​

  ​Square.java​

  ​

/**
 * @Description 正方形
 * @date Dec 15, 2021
 * @Version 1.0
 */
public class Square extends Rectangle{

    /**
     * 边长
     */
    private long sideLength;

    public long getSideLength() {
        return sideLength;
    }

    public void setSideLength(long sideLength) {
        this.sideLength = sideLength;
    }

    @Override
    public long getLength() {
        return getSideLength();
    }

    @Override
    public void setLength(long length) {
        setSideLength(length);
    }

    @Override
    public long getWidth() {
        return getSideLength();
    }

    @Override
    public void setWidth(long width) {
        setSideLength(width);
    }
}      

• ​

  ​Test.java​

  ​

/**
 * @Description 测试类
 * @date Dec 15, 2021
 * @Version 1.0
 */
public class Test {

    /**
     * 调整大小
     * 当宽小于等于长的时候给宽度+1，直到它们相等
     * @param rectangle
     */
    public static void resize(Rectangle rectangle) {
        while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) {
            rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
            System.out.println("width: " + rectangle.getWidth() + " length: " + rectangle.getLength());
        }

        System.out.println("resize end, width: " + rectangle.getWidth() + " length: " + rectangle.getLength());
    }
}      

• 长方形（基类）验证

public static void main(String[] args) {
    Rectangle rectangle = new Rectangle();
    rectangle.setWidth(10);
    rectangle.setLength(20);
    resize(rectangle);
}      

• 输出如下，程序正常执行：

width: 11 length: 20
width: 12 length: 20
width: 13 length: 20
width: 14 length: 20
width: 15 length: 20
width: 16 length: 20
width: 17 length: 20
width: 18 length: 20
width: 19 length: 20
width: 20 length: 20
width: 21 length: 20
resize end, width: 21 length: 20      

• 正方形（子类）验证

/**
 * 正方形（子类）验证
 * @param args
 */
public static void main(String[] args) {
    Square square = new Square();
    square.setLength(10);
    resize(square);
}      

• 输出如下，方法会无穷无境的进行下去，直到溢出，当我们将父类替换成子类进行执行的时候，程序运行的期望和我们所期望的是不一样的，这里的程序设计违反了里氏替换原则

width: 11 length: 11
width: 12 length: 12
width: 13 length: 13
width: 14 length: 14
width: 15 length: 15
width: 16 length: 16
width: 17 length: 17
width: 18 length: 18
width: 19 length: 19
width: 20 length: 20
width: 21 length: 21
width: 22 length: 22
width: 23 length: 23
width: 24 length: 24
width: 25 length: 25
width: 26 length: 26
width: 27 length: 27
width: 28 length: 28
....................      

里氏替换原则

• 创建新的四边形类，解除长方形和正方形的继承关系
• ​

  ​Quadrangle.java​

  ​

/**
 * @Description 四边形
 * @date Dec 19, 2021
 * @version 1.0
 */
public interface Quadrangle {

    long getWidth();

    long getLength();

}      

• ​

  ​Rectangle.java​

  ​

/**
 * @Description 长方形
 * @date Dec 15, 2021
 * @Version 1.0
 */
public class Rectangle implements Quadrangle {

    private long length;
    private long width;

    @Override
    public long getWidth() {
        return width;
    }

    @Override
    public long getLength() {
        return length;
    }

    public void setLength(long length) {
        this.length = length;
    }

    public void setWidth(long width) {
        this.width = width;
    }
}      

• ​

  ​Square.java​

  ​

/**
 * @Description 正方形
 * @date Dec 15, 2021
 * @Version 1.0
 */
public class Square implements Quadrangle {

    /**
     * 边长
     */
    private long sideLength;

    @Override
    public long getWidth() {
        return sideLength;
    }

    @Override
    public long getLength() {
        return sideLength;
    }

    public long getSideLength() {
        return sideLength;
    }

    public void setSideLength(long sideLength) {
        this.sideLength = sideLength;
    }
}      

• ​

  ​Test.java​

  ​

• 可以看到，通过四边形，get方法时ok的，set方法却是不行的，因为四边形接口中并没有申明set长和宽，秘密在于父类并没有赋值方法，整个resize方法是不适用于四边形类型的，该方法中提出了约束，禁止继承泛滥

总结

• 里氏替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
• 在运用里氏替换原则时，应该将父类设计为抽象类或接口，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，程序运行时，子类实例替换父类实例，可以很方便地扩展系统的功能，无需修改原有子类的代码，增加新的功能可以通过增加新的子类来实现。

源码

• ​

  ​GitHub​

  ​​：https://github.com/maggieq8324/design_pattern.git

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