设计模式系列:里氏替换原则

前端之家收集整理的这篇文章主要介绍了设计模式系列:里氏替换原则前端之家小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。

问题由来

  问题由来:有一功能P1,由类A完成。现需要将功能P1进行扩展,扩展后的功能为P,其中P由原有功能P1与新功能P2组成。新功能P由类A的子类B来完成,则子类B在完成新功能P2的同时,有可能会导致原有功能P1发生故障。
  解决方案:当使用继承时,遵循里氏替换原则。类B继承类A时,除添加新的方法完成新增功能P2外,尽量不要重写父类A的方法,也尽量不要重载父类A的方法
  继承包含这样一层含义:父类中凡是已经实现好的方法(相对于抽象方法而言),实际上是在设定一系列的规范和契约,虽然它不强制要求所有的子类必须遵从这些契约,但是如果子类对这些非抽象方法任意修改,就会对整个继承体系造成破坏。而里氏替换原则就是表达了这一层含义。
  继承作为面向对象三大特性之一,在给程序设计带来巨大便利的同时,也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性,程序的可移植性降低,增加了对象间的耦合性,如果一个类被其他的类所继承,则当这个类需要修改时,必须考虑到所有的子类,并且父类修改后,所有涉及到子类的功能都有可能会产生故障。

定义

只要父类出现的地方子类都可以出现,而且替换为子类不会产生任何错误和异常。但是反过来就不行了,有子类出现的地方,父类未必就能适应。

  • 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,可以很方便地扩展系统的功能,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。

  • 子类必须完全实现父类方法
    在类中调用其他类时务必要使用父类或接口(有父类的情况下),如果不能使用父类或接口,则说明类的设计已经违背了LSP原则。
    !不是必须的吧,有的时候可能就是需要子类的特性。

  • 子类可以有自己的个性。

  • 覆盖或实现父类方法时输入参数可以被放大。(重载而不是override父类方法)。你想想如果父类的输入参数类型宽于子类的输入参数类型。会出现什么问题呢?会出现父类出现的地方,子类就未必可以存在。
    即子类中方法的参数类型必须与父类的前置条件相同或更宽松。

  • 覆写或实现父类方法输出结果可以被缩小。
    在我们做系统设计时,经常会设计接口或抽象类,然后由子类来实现抽象方法,这里使用的其实就是里氏替换原则。子类可以实现父类的抽象方法很好理解,事实上,子类也必须完全实现父类的抽象方法,哪怕写一个空方法,否则会编译报错。
    里氏替换原则的关键点在于不能覆盖父类的非抽象方法父类中凡是已经实现好的方法,实际上是在设定一系列的规范和契约,虽然它不强制要求所有的子类必须遵从这些规范,但是如果子类对这些非抽象方法任意修改,就会对整个继承体系造成破坏。而里氏替换原则就是表达了这一层含义。
    不是必须的,因为有时我们不得不要重写,比如自定义view时需要重写onmeasure方法等等

  • 继承作为面向对象三大特性之一,在给程序设计带来巨大便利的同时,也带来了一些弊端,它增加了对象之间的耦合性。因此在系统设计时,遵循里氏替换原则,尽量避免子类重写父类方法,可以有效降低代码出错的可能性。

例子

举例说明继承的风险,我们需要完成一个两数相减的功能,由类A来负责。

class A{
    public int func1(int a,int b){
        return a-b;
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args){
        A a = new A();
        System.out.println("100-50="+a.func1(100,50));
        System.out.println("100-80="+a.func1(100,80));
    }
}
运行结果:
100-50=50
100-80=20

后来,我们需要增加一个新的功能:完成两数相加,然后再与100求和,由类B来负责。即类B需要完成两个功能
• 两数相减。
• 两数相加,然后再加100。
由于类A已经实现了第一个功能,所以类B继承类A后,只需要再完成第二个功能就可以了,代码如下:

class B extends A{
    public int func1(int a,int b){
        return a+b;
    }

    public int func2(int a,int b){
        return func1(a,b)+100;
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args){
        B b = new B();
        System.out.println("100-50="+b.func1(100,50));
        System.out.println("100-80="+b.func1(100,80));
        System.out.println("100+20+100="+b.func2(100,20));
    }
}

类B完成后,运行结果:
100-50=150
100-80=180
100+20+100=220

我们发现原本运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类B在给方法起名时无意中重写了父类方法,造成所有运行相减功能代码全部调用了类B重写后的方法,造成原本运行正常的功能出现了错误。在本例中,引用基类A完成的功能,换成子类B之后,发生了异常。在实际编程中,我们常常会通过重写父类方法来完成新的功能,这样写起来虽然简单,但是整个继承体系的可复用性会比较差,特别是运用多态比较频繁时,程序运行出错的几率非常大。如果非要重写父类方法,比较通用的做法是:原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类,原有的继承关系去掉,采用依赖、聚合,组合等关系代替。

优缺点

里氏替换原则通俗的来讲就是:子类可以扩展父类功能,但不能改变父类原有的功能。它包含以下4层含义:
• 子类可以实现父类的抽象方法,但不能覆盖父类的非抽象方法
• 子类中可以增加自己特有的方法
• 当子类的方法重载父类方法时,方法的前置条件(即方法的形参)要比父类方法的输入参数更宽松。
• 当子类的方法实现父类的抽象方法时,方法的后置条件(即方法的返回值)要比父类更严格。

看上去很不可思议,因为我们会发现在自己编程中常常会违反里氏替换原则,程序照样跑的好好的。所以大家都会产生这样的疑问,假如我非要不遵循里氏替换原则会有什么后果? 后果就是:你写的代码出问题的几率将会大大增加。 可以解决继承中出现的一些问题

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