里氏替换原则(Liskov Substitution Principle,LSP)是指,如果对每一个类型为T1的对象t1,都替换为类型为T2的对象t2,使得以T1定义的所有程序P在所有的对象t1都替换成t2时,程序P的行为没有发生变化,那么T2就是T1的子类型。
这个定义看上去比较抽象,我们重新理解一下。可以理解为一个软件实体如果适用于一个父类,那么一定适用于其子类,所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象,子类的对象能替换父类的对象,而程序逻辑不变。
根据这个理解,隐身含义为:子类可以扩展父类的功能,但不能改变父类原有的功能
。
- 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。
- 子类可以增加自己特有的方法。
- 当子类的方法重载父类的方法时,方法的前置条件(即方法的入参/输入)要比父类方法的输入参数更宽松。
- 当子类的方法重载父类的方法时,方法的后置条件(即方法的输出/返回值)要比父类更严格或与父类一样。
使用里氏替换原则有以下优点:
- 约束继承泛滥,这是开闭原则的一种体现。
- 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,提高程序的可维护性和扩展性,降低需求变更时引入的风险。
用一个经典的业务场景:用正方形、矩形、和四边形的关系说明里氏替换原则,我们都知道正方形是一个特殊的长方形,所以可以创建一个父类Rectangle:
public class Rectangle {
private long height;
private long width;
public long getHeight() {
return height;
}
public void setHeight(long height) {
this.height = height;
}
public long getWidth() {
return width;
}
public void setWidth(long width) {
this.width = width;
}
}
创建正方形Square继承Rectangle:
public class Square extends Rectangle{
private long length;
public long getLength() {
return length;
}
public void setLength(long length) {
this.length = length;
}
@Override
public long getHeight() {
return super.getHeight();
}
@Override
public void setHeight(long height) {
super.setHeight(height);
}
@Override
public long getWidth() {
return super.getWidth();
}
@Override
public void setWidth(long width) {
super.setWidth(width);
}
}
创建主方法,我们让高一直自增,直到变成正方形
public class Main {
public static void resize(Rectangle rectangle){
while (rectangle.getWidth()>rectangle.getHeight()){
rectangle.setHeight(rectangle.getHeight()+1);
System.out.println("宽:"+rectangle.getWidth()+",高:"+rectangle.getHeight());
}
System.out.println("方法结束 \n"+"宽:"+rectangle.getWidth()+",高:"+rectangle.getHeight());
}
public static void main(String[] args) {
Rectangle rectangle = new Rectangle();
rectangle.setHeight(10);
rectangle.setWidth(20);
resize(rectangle);
}
}
然后我们将Rectangle 替换为它的子类Square然后运行:
public static void main(String[] args) {
Square square = new Square();
square.setLength(10);
resize(square);
}
对已有功能造成了影响,违背里氏替换原则,将父类替换为子类后,程序运行结果没有达到预期。因此,我们的代码设计是存在一定风险的。
里氏替换原则只存在于父类和子类之间,约束继承泛滥。我们再来创建一个基于长方形和正方形共同的抽象四边形接口Quadrangle:
public interface Quadrangle {
long getWidth();
long getHeight();
}
修改长方形和正方形,实现这个接口:
public class Rectangle implements Quadrangle{
private long height;
private long width;
public long getHeight() {
return height;
}
public void setHeight(long height) {
this.height = height;
}
public long getWidth() {
return width;
}
public void setWidth(long width) {
this.width = width;
}
}
public class Square extends Rectangle implements Quadrangle{
private long length;
public long getLength() {
return length;
}
public void setLength(long length) {
this.length = length;
}
@Override
public long getWidth() {
return super.getWidth();
}
@Override
public long getHeight() {
return super.getHeight();
}
}
此时,如果我们把resize()方法的参数换成四边形接口Quadrangle,方法内部就会报错,因为正方形已经没有了设置宽高的方法。因此,为了约束继承泛滥,resize()的参数只能用Rectangle类。