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[Java教程]设计模式原则之里氏替换原则


里氏替换原则,OCP作为OO的高层原则,主张使用“抽象(Abstraction)”和“多态(Polymorphism)”将设计中的静态结构改为动态结构,维持设计的封闭性。“抽象”是语言提供的功能。“多态”由继承语义实现。

定义1: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 都代换成 o2 时,程序 P 的行为没有发生变化,那么类型 T2 是类型 T1 的子类型。

定义2:所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。

         如果你觉得定义说的模糊了点,不太清楚,没关系,我们慢慢说明白。里氏替换原则的另一个简短的定义是“所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象”。这个可能更清楚点。如果你熟悉的掌握一门面向对象的语言,你应该都可以明白面向对象的继承,子类继承自父类的话,自然的就会继承父类的所有方法(当然前提是父类不要把方法声明为private)。    

在面向对象中,继承有很多优点:

       1代码共享,减少创建类的工作量,每个子类都拥有父类的方法和属性;

       2提高代码的重用性;

       3子类可以形似父类,但又异于父类,“龙生龙,凤生凤,老鼠生来会打洞”是说子拥有父的“种”,“世界上没有两片完全相同的叶子”是指明子与父的不同;

       4提高代码的可扩展性,实现父类的方法就可以“为所欲为”了,君不见很多开源框架的扩展接口都是通过继承父类来完成的;

       5提高产品或项目的开放性。

  而里氏替换原则希望,你在写一个类继承自原有的类的同时,尽量不要去更改原有的方法。话说那么多,那么肯定会有疑问。

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。

        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=50100-80=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=150100-80=180100+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的方法,造成所有运行相减功能的代码全部调用了类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的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。如果非要重写父类的方法,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。

        里氏替换原则通俗的来讲就是:子类可以扩展父类的功能,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。

        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。

 

转载于http://blog.csdn.net/zhengzhb/article/details/7281833