里氏替換原則是什么？

里氏替換原則是面向?qū)ο笤O(shè)計的基本原則之一，主張使用“抽象（Abstraction）”和“多態(tài)（Polymorphism）”將設(shè)計中的靜態(tài)結(jié)構(gòu)改為動態(tài)結(jié)構(gòu)，維持設(shè)計的封閉性?！俺橄蟆笔钦Z言提供的功能，“多態(tài)”由繼承語義實現(xiàn)。

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里氏替換原則（Liskov Substitution Principle，LSP）由麻省理工學(xué)院計算機科學(xué)實驗室的里斯科夫（Liskov）女士在 1987 年的“面向?qū)ο蠹夹g(shù)的高峰會議”（OOPSLA）上發(fā)表的一篇文章《數(shù)據(jù)抽象和層次》（Data Abstraction and Hierarchy）里提出來的，她提出：繼承必須確保超類所擁有的性質(zhì)在子類中仍然成立（Inheritance should ensure that any property proved about supertype objects also holds for subtype objects）。

里氏替換原則主要闡述了有關(guān)繼承的一些原則，也就是什么時候應(yīng)該使用繼承，什么時候不應(yīng)該使用繼承，以及其中蘊含的原理。里氏替換原是繼承復(fù)用的基礎(chǔ)，它反映了基類與子類之間的關(guān)系，是對開閉原則的補充，是對實現(xiàn)抽象化的具體步驟的規(guī)范。

里氏替換原則的作用

里氏替換原則的主要作用如下。

1、里氏替換原則是實現(xiàn)開閉原則的重要方式之一。

2、它克服了繼承中重寫父類造成的可復(fù)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(tǒng)引入新的錯誤，降低了代碼出錯的可能性。

里氏替換原則的實現(xiàn)方法

里氏替換原則通俗來講就是：子類可以擴展父類的功能，但不能改變父類原有的功能。也就是說：子類繼承父類時，除添加新的方法完成新增功能外，盡量不要重寫父類的方法。

如果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(fù)用性會比較差，特別是運用多態(tài)比較頻繁時，程序運行出錯的概率會非常大。

如果程序違背了里氏替換原則，則繼承類的對象在基類出現(xiàn)的地方會出現(xiàn)運行錯誤。這時其修正方法是：取消原來的繼承關(guān)系，重新設(shè)計它們之間的關(guān)系。

關(guān)于里氏替換原則的例子，最有名的是“正方形不是長方形”。當(dāng)然，生活中也有很多類似的例子，例如，企鵝、鴕鳥和幾維鳥從生物學(xué)的角度來劃分，它們屬于鳥類；但從類的繼承關(guān)系來看，由于它們不能繼承“鳥”會飛的功能，所以它們不能定義成“鳥”的子類。同樣，由于“氣球魚”不會游泳，所以不能定義成“魚”的子類；“玩具炮”炸不了敵人，所以不能定義成“炮”的子類等。

下面以“幾維鳥不是鳥”為例來說明里氏替換原則。

【例2】里氏替換原則在“幾維鳥不是鳥”實例中的應(yīng)用。

分析：鳥一般都會飛行，如燕子的飛行速度大概是每小時 120 千米。但是新西蘭的幾維鳥由于翅膀退化無法飛行。假如要設(shè)計一個實例，計算這兩種鳥飛行 300 千米要花費的時間。顯然，拿燕子來測試這段代碼，結(jié)果正確，能計算出所需要的時間；但拿幾維鳥來測試，結(jié)果會發(fā)生“除零異?！被蚴恰盁o窮大”，明顯不符合預(yù)期，其類圖如圖 1 所示。

程序代碼如下：

package principle;
public class LSPtest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Bird bird1=new Swallow();
        Bird bird2=new BrownKiwi();
        bird1.setSpeed(120);
        bird2.setSpeed(120);
        System.out.println("如果飛行300公里：");
        try
        {
            System.out.println("燕子將飛行"+bird1.getFlyTime(300)+"小時.");
            System.out.println("幾維鳥將飛行"+bird2.getFlyTime(300)+"小時。");
        }
        catch(Exception err)
        {
            System.out.println("發(fā)生錯誤了!");
        }
    }
}
//鳥類
class Bird
{
    double flySpeed;
    public void setSpeed(double speed)
    {
        flySpeed=speed;
    }
    public double getFlyTime(double distance)
    {
        return(distance/flySpeed);
    }
}
//燕子類
class Swallow extends Bird{}
//幾維鳥類
class BrownKiwi extends Bird
{
    public void setSpeed(double speed)
    {
           flySpeed=0;
    }
}

程序的運行結(jié)果如下：

如果飛行300公里：
燕子將飛行2.5小時.
幾維鳥將飛行Infinity小時。

程序運行錯誤的原因是：幾維鳥類重寫了鳥類的 setSpeed(double speed) 方法，這違背了里氏替換原則。正確的做法是：取消幾維鳥原來的繼承關(guān)系，定義鳥和幾維鳥的更一般的父類，如動物類，它們都有奔跑的能力。幾維鳥的飛行速度雖然為 0，但奔跑速度不為 0，可以計算出其奔跑 300 千米所要花費的時間。

其類圖如圖 2 所示。

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新聞名稱：里氏替換原則是什么？
文章起源：http://muchs.cn/article38/chcppp.html

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