02.里氏替換原則 (LSP)

LSP全稱

LSP , Liskov Substitution Principle , 里氏替換原則

定義

所有引用基類（父類）的地方必須能透明地使用其子類的對象。通俗講:子類可以擴展父類的功能，但不能改變父類原有的功能

優點

1. 是實現開閉原則的重要方式之一
2. 克服了繼承中重寫父類造成的可用性變差的缺點
3. 它是動作正確性的保證。即類的擴展不會給已有的系統引入新的錯誤，降低了代碼出錯的可能性

缺點

1. 繼承是侵入性的，只要繼承就必須擁有父類的所有屬性和方法
2. 可能造成子類代碼冗余，靈活性降低，因為必須擁有父類的屬性和方法

實現

• 問題由來： 有一功能P1，由類A完成。現需要將功能P1進行擴展，擴展后的功能為P，其中P由原有功能P1與新功能P2組成。新功能P由類A的子類B來完成，則子類B在完成新功能P2的同時，有可能會導致原有功能P1發生故障。
• 解決方案：
  當使用繼承時，遵循里氏替換原則。類B繼承類A時，除添加新的方法完成新增功能P2外，盡量不要重寫父類A的方法，也盡量不要重載父類A的方法。

里氏替換原則的核心原理是抽象，抽象又依賴於繼承這個特性

1. 子類必須完全實現父類的方法
2. 子類可以有自己的修改(重寫，重載，添加父類中沒有的方法)
3. 子類中override的方法，傳入參數類型必須是與父類相同類型，或是子類型
4. 子類中override的方法，返回類型必須是與父類相同類型，或是子類型

實例

舉例說明兩個數相減，由A類負責

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

public class LSPClient {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("5-3=" + a.func1(5, 3));
        System.out.println("100-10=" + a.func1(100, 10));
    }
}

輸出結果:
5 - 3 = 2
100 - 10 = 90

此時需要新加一個功能：兩數相加，然后再與100求和，由B類負責

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

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

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

public class LSPClient {
    public static void main(String[] args) {
        B b = new B();
        System.out.println("5-3=" + b.func1(5, 3));
        System.out.println("100-10=" + b.func1(100, 10));
        System.out.println("50+20+100=" + b.func2(50, 20));
    }
}

輸出結果：
5-3=8
100-10=110
50+20+100=170

此時發現原本運行正常的相減功能發生了錯誤，原因是子類B重寫了父類A中的func1方法，從兩數相減變成了兩數相加。引用基類A完成的功能，換成子類B之后，發生了異常。在實際編程中，我們常常會通過重寫父類的方法來完成新的功能，這樣寫起來雖然簡單，但是整個繼承體系的可復用性會比較差，特別是運用多態比較頻繁時，程序運行出錯的幾率非常大。如果非要重寫父類的方法，比較通用的做法是：原來的父類和子類都繼承一個更通俗的基類，原有的繼承關系去掉，采用依賴、聚合，組合等關系代替。

里氏替換原則通俗的來講就是：子類可以擴展父類的功能，但不能改變父類原有的功能。包含以下4層含義:

1. 子類可以實現父類的抽象方法，但不能覆蓋父類的非抽象方法。
2. 子類中可以增加自己特有的方法。
3. 當子類的方法重載父類的方法時，方法的前置條件（即方法的形參）要比父類方法的輸入參數更寬松。
   當子類的方法實現父類的抽象方法時，方法的后置條件（即方法的返回值）要比父類更嚴格。
4. 看上去很不可思議，因為我們會發現在自己編程中常常會違反里氏替換原則，程序照樣跑的好好的。所以大家都會產生這樣的疑問，假如我非要不遵循里氏替換原則會有什么后果？后果就是：你寫的代碼出問題的幾率將會大大增加。