Java设计模式—面向对象设计原则(二) --------＞ 里氏代换原则 LSP (完整详解，附有代码+案列)

里氏代换原则

里氏代换原则：Liskov Substitution Principle，LSP

3.2.1 概述

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。

• 里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。通俗理解：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。换句话说，子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。
• 如果通过重写父类的方法来完成新的功能，写起来虽然简单，但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，程序运行出错的概率会非常大。

下面看一个里氏替换原则中经典的一个反例：

【例】正方形不是长方形。

• 在数学领域里，正方形毫无疑问是长方形，它是一个长宽相等的长方形。所以，我们开发的一个与几何图形相关的软件系统，就可以顺理成章的让正方形继承自长方形。

代码如下：

//父类  长方形
public class Rectangle {
    private double length;
    private double width;

    public double getLength() {return length; }

    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }
    public double getWidth() { return width;}

    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }
}
======================================================
//子类(正方形) 继承父类(长方形)
//由于正方形的长和宽相同，所以在方法setLength和setWidth中，对长度和宽度都需要赋相同值。
  public class Square  extends Rectangle{

    // 重写父类中的方法
    @Override
    public void setLength(double length) {
        super.setLength(length);
        super.setWidth(length);
    }
    // 重写父类中的方法
    @Override
    public void setWidth(double width) {
        super.setWidth(width);
        super.setLength(width);
    }
}
======================================================
//测试类
  public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建长方形对象
        Rectangle r = new Rectangle();
        // 设置长宽
        r.setWidth(6);
        r.setLength(8);

        // 扩宽方法
        resize(r);
        // 打印扩宽后的长和宽
        printLengthWidth(r);//8.0 , 9.0
      
        //====以下演示 违背里氏代换原则的效果====

        // 创建正方形对象
        Square s = new Square();
        // 设置正方形的长或者宽
        s.setLength(8);
        //resize()方法中的形参是父类类型，所以可以传递子类的类型
        //是多态形式
       resize(s);
       printLengthWidth(s);//执行到这里会死循环，知道内存溢出才停止
    //所以根据里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现
    //但尽量不要重写父类的方法,如果重写会程序会出问题，比如此处的死循环

 }

    //扩宽方法
    public static void resize(Rectangle r){
        //判断宽如果比长小，进行扩宽的操作
        while (r.getWidth() <= r.getLength()){
            r.setWidth(r.getWidth() + 1);
        }
    }
    //打印长和宽
    public static void printLengthWidth(Rectangle r){
        System.out.println(r.getLength());
        System.out.println(r.getWidth());
    }
}

• 运行上述段代码发现，假如把一个普通长方形作为参数传入resize方法，就会看到长方形宽度逐渐增长的效果，当宽度大于长度,代码就会停止，这种行为的结果符合我们的预期；假如再把一个正方形作为参数传入resize方法后，就会看到正方形的宽度和长度都在不断增长，代码会一直运行下去，直至系统产生溢出错误。所以，普通的长方形是适合这段代码的，正方形不适合。
• 得出结论：在resize方法中，Rectangle类型的参数是不能被Square类型的参数所代替，如果进行了替换就得不到预期结果。因此，Square类和Rectangle类之间的继承关系违反了里氏代换原则（即任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现），它们之间的继承关系不成立，正方形不是长方形。

3.2.2 改进上述代码

//四边形接口类
public interface Quadrilateral {
    public abstract double getLength();
    public abstract double getWidth();
}
==========================================================
  // 长方形类 实现四边形接口
public class Rectangle implements Quadrilateral{
    private double length;
    private double width;

    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }

    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }

    @Override
    public double getLength() {
        return length;
    }

    @Override
    public double getWidth() {
        return width;
    }
}
============================================================
  // 正方形类   实现四边形接口
public class Square implements Quadrilateral {
    private double side;

    public double getSide() {
        return side;
    }

    public void setSide(double side) {
        this.side = side;
    }

    @Override
    public double getLength() {
        return side;
    }

    @Override
    public double getWidth() {
        return side;
    }
}
==========================================================
  public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建长方形对象
        Rectangle r = new Rectangle();
        r.setLength(20);
        r.setWidth(19);

        resize(r);
        printLengthAndWidth(r);

        // 创建正方形对象
        Square s = new Square();
        // resize(s);此行编译错误
        //因为正方形和长方形已经没有直接关系
        printLengthAndWidth(s);
    }
    //扩宽方法
    public static void resize(Rectangle r){
        //判断宽如果比长小，进行扩宽的操作
        while (r.getWidth() <= r.getLength()){
            r.setWidth(r.getWidth() + 1);
        }
    }
    //打印长和宽   接口多态
   public static void printLengthAndWidth(Quadrilateral q) {
        System.out.println(q.getLength());
        System.out.println(q.getWidth());
    }
}