我们都知道面向对象有三大特性:封装、继承、多态。所以我们在实际开发过程中,子类在继承父类后,根据多态的特性,可能是图一时方便,经常任意重写父类的方法,那么这种方式会大大增加代码出问题的几率。比如下面场景:类C实现了某项功能F1。现在需要对功能F1作修改扩展,将功能F1扩展为F,其中F由原有的功能F1和新功能F2组成。新功能F由类C的子类C1来完成,则子类C1在完成功能F的同时,有可能会导致类C的原功能F1发生故障。这时候里氏替换原则就闪亮登场了。
什么是里氏替换原则
前面说过的单一职责原则,从字面意思就很好理解,但是里氏替换原则就有点让人摸不着头脑。查过资料后发现原来这项原则最早是在1988年,由麻省理工学院一位姓里的女士(Liskov)提出来的。
英文缩写:LSP (Liskov Substitution Principle)。
严格的定义:如果对每一个类型为T1的对象o1,都有类型为T2的对象o2,使得以T1定义的所有程序P在所有的对象o1都换成o2时,程序P的行为没有变化,那么类型T2是类型T1的子类型。
通俗的定义:所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。
更通俗的定义:子类可以扩展父类的功能,但不能改变父类原有的功能。
四层含义
里氏替换原则包含以下4层含义:
- 子类可以实现父类的抽象方法,但是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。
- 当子类覆盖或实现父类的方法时,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。
现在我们可以对以上四层含义逐个讲解。
子类可以实现父类的抽象方法,但是不能覆盖父类的非抽象方法
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。
在面向对象的设计思想中,继承这一特性为系统的设计带来了极大的便利性,但是由之而来的也潜在着一些风险。就像开篇所提到的那一场景一样,对于那种情况最好遵循里氏替换原则,类C1继承类C时,可以添加新方法完成新增功能,尽量不要重写父类C的方法。否则可能带来难以预料的风险,比如下面一个简单的例子还原开篇的场景:
public
class
C {
public
int
func(
int
a,
int
b){
return
a+b;
}
}
public
class
C1
extends
C{
@Override
public
int
func(
int
a,
int
b) {
return
a-b;
}
}
public
class
Client{
public
static
void
main(String[] args) {
C c =
new
C1();
System.out.println(
"2+1="
+ c.func(
2
,
1
));
}
}
运行结果:2+1=1
上面的运行结果明显是错误的。类C1继承C,后来需要增加新功能,类C1并没有新写一个方法,而是直接重写了父类C的func方法,违背里氏替换原则,引用父类的地方并不能透明的使用子类的对象,导致运行结果出错。
子类中可以增加自己特有的方法
在继承父类属性和方法的同时,每个子类也都可以有自己的个性,在父类的基础上扩展自己的功能。前面其实已经提到,当功能扩展时,子类尽量不要重写父类的方法,而是另写一个方法,所以对上面的代码加以更改,使其符合里氏替换原则,代码如下:
public
class
C {
public
int
func(
int
a,
int
b){
return
a+b;
}
}
public
class
C1
extends
C{
public
int
func2(
int
a,
int
b) {
return
a-b;
}
}
public
class
Client{
public
static
void
main(String[] args) {
C1 c =
new
C1();
System.out.println(
"2-1="
+ c.func2(
2
,
1
));
}
}
运行结果:2-1=1
当子类覆盖或实现父类的方法时,子类方法的前置条件(即方法的形参)要比父类方法的输入参数更宽松
代码示例
import
java.util.HashMap;
public
class
Father {
public
void
func(HashMap m){
System.out.println(
"执行父类..."
);
}
}
import
java.util.Map;
public
class
Son
extends
Father{
public
void
func(Map m){
//方法的形参比父类的更宽松
System.out.println(
"执行子类..."
);
}
}
import
java.util.HashMap;
public
class
Client{
public
static
void
main(String[] args) {
Father f =
new
Son();
//引用基类的地方能透明地使用其子类的对象。
HashMap h =
new
HashMap();
f.func(h);
}
}
运行结果:执行父类...
注意Son类的func方法前面是不能加@Override注解的,因为否则会编译提示报错,因为这并不是重写(Override),而是重载(Overload),因为方法的输入参数不同。重写和重载的区别在Java面向对象详解一文中已作解释,此处不再赘述。
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
代码示例:
import
java.util.Map;
public
abstract
class
Father {
public
abstract
Map func();
}
import
java.util.HashMap;
public
class
Son
extends
Father{
@Override
public
HashMap func(){
//方法的返回值比父类的更严格
HashMap h =
new
HashMap();
h.put(
"h"
,
"执行子类..."
);
return
h;
}
}
public
class
Client{
public
static
void
main(String[] args) {
Father f =
new
Son();
//引用基类的地方能透明地使用其子类的对象。
System.out.println(f.func());
}
}
执行结果:{h=执行子类...}
总结
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的方法,可以有效降低代码出错的可能性。
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