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04.里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）

article 2025/2/24 13:49:49

暴论：一般的，如果一个富二代不想着证明自己，那么他一辈子都会衣食无忧。

一言

里氏替换原则想告诉我们在继承过程中会遇到什么问题，以及继承有哪些注意事项。

概述

这是流传较广的一个段子：

“一个坐拥万贯家财的富二代，他可以终日花天酒地，飞扬跋扈，跑车炸街，美女为伴，极尽荒唐之能事。只要他不想着证明自己比父亲强，让父辈的产业按既定的规则运转，那么他将一生衣食无忧。”

在这里插入图片描述
看似戏谑的言论实则透露出的是一种稳健的合理。在父辈足够优秀，后人的能力又并非出类拔萃的情况下，不打破既有的优秀机制无疑是最稳妥的选择。段子归段子，玩笑归玩笑。在软件设计中，我们会经常遇到父类子类的继承关系，这个看似荒唐又合理的原则实际上就是里氏替换原则的精髓。

OO中的继承性

继承包含这样一层含义：父类中凡是已经实现好的方法，实际上是在设定规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵循这些契约，但是如果子类对这些已经实现的方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。
继承在给程序设计带来便利的同时，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产生故障。
于是里氏替换原则提供了针对这种问题的规范。

何为里氏替换原则

里氏替换原则在1988年由麻省理工学院的**芭芭拉·里斯克夫（Barbara Liskov）**女士提出。
如果对每个类型为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。换句话说，所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。
在使用继承时，子类尽量不要重写父类的方法。继承实际让两个类的耦合性增强了，在适当的情况下可以通过聚合、组合、依赖来解决问题。

三寸反骨

我们还是从一个反骨仔的故事开始，为什么里氏替换原则不让重写父类方法？我就要重写父类方法！
反例

public class Story {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("100-50 = "+a.func1(100,50));
        System.out.println("100-200 = "+a.func1(100,200));

        System.out.println("-------------------------------");
        B b = new B();
        System.out.println("100-50 = "+b.func1(100,50));
        System.out.println("100-200 = "+b.func1(100,200));
        System.out.println("（100+200）*10 = "+b.func2(100,200));
    }
}

class A{
    public int func1(int a, int b){
        return a-b;
    }
}

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)*10;
    }
}

当反骨仔随心所欲的继承重写之后：
在这里插入图片描述
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无意中重写了父类的方法，造成原有功能出现错误。在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法完成新的功能，这样写起来虽然简单，但整个继承体系的复用性会比较差。特别是运行多态比较频繁的时候。
子类过分的逆反使得代码极难维护，甚至随着代码量的扩张，真的是牵一发而动全身。

克己正心

听人劝，吃饱饭。反骨仔经过实践之后觉得这个继承之后的重写确实要慎重。那么究竟要如何去优化呢？
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。
在这里插入图片描述
于是经过深思熟虑的代码出现了：

public class Story {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("100-50="+a.func1(100,50));
        System.out.println("100-200="+a.func1(100,200));
        System.out.println("---------------------------------");
        B b = new B();
        //因为B类不再继承A类，因此调用者，不会在func1求减法
        System.out.println("100+50="+b.func1(100,50));
        System.out.println("100+200="+b.func1(100,200));
        System.out.println("(100+200)*10="+b.func2(100,200));
        System.out.println("---------------------------------");
        System.out.println("使用组合依然可以使用到A的方法");
        System.out.println("100-50="+b.func3(100,50));
    }
}
class Base{
}
class A extends Base{
    public int func1(int num1,int num2){
        return num1-num2;
    }
}
class B extends Base {
    private A a = new A();
    public int func1(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    public int func2(int a, int b) {
        return func1(a, b) * 10;
    }
    public int func3(int a, int b) {
        return this.a.func1(a, b);
    }
}