里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）

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

   1. package principle.liskovsubstitution; 
   2. 
   3. public class Rectangle { 
   4.     private int height;  
   5.     private int width; 
   6. 
   7.     public int getHeight() { 
   8.         return height; 
   9.     } 
  10. 
  11.     public void setHeight(int height) { 
  12.         this.height = height; 
  13.     } 
  14. 
  15.     public int getWidth() { 
  16.         return width; 
  17.     } 
  18. 
  19.     public void setWidth(int width) { 
  20.         this.width = width; 
  21.     } 
  22. } 

 

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

   1. package principle.liskovsubstitution; 
   2. 
   3. public class Square extends Rectangle { 
   4.     public void setWidth(int width) { 
   5.         super.setWidth(width); 
   6.         super.setHeight(width); 
   7.     } 
   8.     public void setHeight(int height) { 
   9.         super.setWidth(height); 
  10.         super.setHeight(height); 
  11.     } 
  12. }

 

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

   1. package principle.liskovsubstitution; 
   2. 
   3. public class TestRectangle { 
   4.     public void zoom(Rectangle rectangle, int width, int height) { 
   5.         rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + width); 
   6.         rectangle.setHeight(rectangle.getHeight() + height); 
   7.     } 
   8. } 

 

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

  1. package principle.liskovsubstitution; 
   2. 
   3. public abstract class Base { 
   4.     private int height; 
   5.     private int width; 
   6. 
   7.     public int getHeight() { 
   8.         return height; 
   9.     } 
  10. 
  11.     public void setHeight(int height) { 
  12.         this.height = height; 
  13.     } 
  14. 
  15.     public int getWidth() { 
  16.         return width; 
  17.     } 
  18. 
  19.     public void setWidth(int width) { 
  20.         this.width = width; 
  21.     } 
  22. 
  23.     public abstract void zoom(int width, int height); 
  24. } 

 

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

   1. package principle.liskovsubstitution; 
   2. 
   3. public class BaseRectangle extends Base { 
   4.     public void zoom(int width, int height) { 
   5.         setWidth(getWidth() + width); 
   6.         setHeight(getHeight() + height); 
   7.     } 
   8. } 

 

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

   1. package principle.liskovsubstitution; 
   2. 
   3. public class BaseSquare extends Base { 
   4.     public void setWidth(int width) { 
   5.         super.setWidth(width); 
   6.         super.setHeight(width); 
   7.     } 
   8.     public void setHeight(int height) { 
   9.         super.setWidth(height); 
  10.         super.setHeight(height); 
  11.     } 
  12.      
  13.     public void zoom(int width, int height) { 
  14.         int length = (width + height) /2; 
  15.         setWidth(getWidth() + length); 
  16.         setHeight(getHeight() + length); 
  17.     } 
  18. } 

 

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

   1. package principle.liskovsubstitution; 
   2. 
   3. public class BastTest { 
   4.     public void zoom(Base base, int width, int height) { 
   5.         base.zoom(width, height); 
   6.     } 
   7. }

 

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。

引用链接：http://book.51cto.com/art/200912/166943.htm

 

评论

3 楼 裴小星 2011-03-15  

这种写法理解起来很费劲。
我觉得还是直观感受比较重要。

2 楼 mabusyao 2011-03-15  

奇怪，代码引用在评论里面好像是失效的，我试试

public class TestServlet extends HttpServlet {
    private static final long serialVersionUID = 0L;

    public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {
       
    }
}

1 楼 mabusyao 2011-03-15  

有两个原则和里氏替换原则关系非常紧密。

1. 开闭原则

2. 依赖倒转原则

能解释下这两个原则又分别是什么概念么？他们和里氏替换原则的关系是什么？


还有，java eye里面可以这样引用代码：

//Any java code.