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设计模式六大原则之里氏替换原则

JAVA web前端中文站 2年前 (2017-05-10) 785次浏览 已收录 0个评论

这是设计模式6 大原则系列的第二篇文章,附上前一篇文章地址:设计模式六大原则之单一职责原则。本文主要讲解设计模式的里氏替换原则

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肯定有不少人跟我刚看到这项原则的时候一样,对这个原则的名字充满疑惑。其实原因就是这项原则最早是在 1988 年,由麻省理工学院的一位姓里的女士(Barbara Liskov)提出来的。

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。

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));  } }

运行结果如下:
100-50=50
100-80=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=150
100-80=180
100+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。

web 前端中文站点评:

有关设计模式六大原则,大家有空可以扩展学习下。

1.程序设计模式六大原则之单一职责原则

2.设计模式六大原则之迪米特法则

3.设计模式六大原则之开闭原则

4.设计模式六大原则之依赖倒置原则

5.设计模式六大原则之接口隔离原则

6.设计模式六大原则之里氏替换原则

设计模式的六大原则学习完,基本上对设计模式有了一定了解,这样有助于我们在代码设计上更有章法,更有逻辑。

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