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六大设计原则之“里氏替换原则”

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通俗地讲,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,父类未必应能适应。

 

里氏替换原则为良好的继承定义了一个规范,一句简单的定义包括了四层含义:

 

1、子类必须完全实现父类的方法

 

父类:AbstractGun

public abstract class AbstractGun {

	abstract void shoot();
}

 

子类之步枪:Rifle

public class Rifle extends AbstractGun {

	@Override
	void shoot() {
		System.out.println("步枪射击...");
	}
}

 

子类之机枪:MachineGun

public class MachineGun extends AbstractGun {

	@Override
	void shoot() {
		System.out.println("机枪射击...");
	}
}

 

士兵类:Soldier

public class Soldier {

	private AbstractGun gun;

	// 务必要用父类或接口
	public void setGun(AbstractGun _gun) {
		this.gun = _gun;
	}

	public void kill() {
		System.out.println("士兵开始射击...");
		this.gun.shoot();
	}
}

 

场景类:

public class Run {

	public static void main(String[] args) {
		Soldier sanmao = new Soldier(); // 创建新兵三毛
		sanmao.setGun(new Rifle()); // 给予一把步枪
		sanmao.kill(); // 三毛开始杀敌
	}
}

注意:在类中调用其他类时务必要用父类或接口,若不能使用,则说明类的设计已经违背原则。

 

常见畸型继承举例:

 

接上面的应用举例,如果我们要把一把玩具枪给三毛,那么新增类:ToyGun

public class ToyGun extends AbstractGun {

	// 玩具枪是不能射击的,但是为了塞给三毛,必须要继承父类
	// 继承后又要求实现方法,怎么办?我们一般就强制继续一个
	@Override
	void shoot() {
		// 玩具枪的性质是无法射击的,所以无法真正实现该方法
	}
}

通常应用中经常发生如上情况,按LSP原则,则要注意:若子类不能完整地实现父类的方法,或者父类的某些方法在子类中发生畸变,则建议断开父子继承关系,采用依赖、聚集、组合等关系代替继承。

 

所以如上情况,建议方案是:ToyGun脱离继承,建立一个独立的父类(如AbstractToy),为了实现代码复用,可以与AbstractGun建立关联委托关系。例如,可以在AbstractToy中声明将声音、形状都委托给AbstractGun处理,玩具枪嘛,形状和声音都要和真枪一样,然后两个基类下的子类自由延民

 

2、子类应避免自己的个性

 

子类是可以有自己的方法和属性,但在LSP原则里,可以正着用不能反过来用。在子类出现的地方,父类未必就可以胜任。

 

比如,现在又有一把新枪AUG,它是狙击枪也是步枪的一种:

public class AUG extends Rifle {

	public void zoomOut() {
		System.out.println("通过望远镜观察...");
	}

	public void shoot() {
		System.out.println("AUG射击");
	}
}

这时在调用AbstractGun的各子类时,只有AUG有自己的个性方法即zoomOut,而其它的子类却都没有。那么要真正使用zoomOut方法,则必须直接调用AUG子类,不能使用抽像类或接口,则违背了上述第一个标红注意点。比如,要让Soldier类使用AUG的个性方法zoomOut,则不能使用:AbstractGun _gun为_gun属性的类型,则需直接调用AUG:AUG _gun。

 

3.覆盖或实现父类的方法时输入参数应相同或更宽松

 

举例,父类:

public class Father {

	public Collection doSomething(HashMap map) {
		System.out.println("father...");
		return map.values();
	}
}

 

子类:

public class Son extends Father {

	public Collection doSomething(Map map) {
		System.out.println("son...");
		return map.values();
	}
}

 

场景类:

	public static void main(String[] args) {
		Son obj = new Son(); // 此处若改成 new Father结果也一样
		HashMap map = new HashMap();
		obj.doSomething(map);
	}

运行结果:father...

 

此处是重载Overload,而不是覆写Override。

 

子类的输入参数类型的范围扩大了,将父类中的HashMap扩大到Map,子类代替父类传递到调用者中,子类永远不会被执行,这是正确的。如果你想让子类执行,必须覆写父类的方法。但若反过来,子类参数类型的范围小于父类,那么父类存在的地方,子类就未必可以存在 。则子类就会被执行,这会影发业务逻辑混乱,因为在实际应用中父类一般是抽像类,子类是实现类,这样的一个子类会歪曲父类的意图。

 

4.覆 或实现父类方法时输出结果的类型应小于等于父类的结果类型

 

比如,父类的一个方法返回值是类型T,子类的相同方法(重载或覆盖)的返回值是S,那么里氏替换原则就要求S必须小于等于T,也就是说,要么S和T是同一个类型,要么S是T的子类。

 

输入参数:大于等于

输出参数:小于等于

 

总结: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,原有的子类也可以继续运行。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。

 

采用本原则时,应该尽量避免子类有“个性”,一旦子类有了个性,与父类之间的关系就难以调和。把子类当做父类用,子类的个性被抹杀;把子类单独作为一个业务来使用,则代码间的耦合关系就过于复杂缺乏类替换的标准。

 

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