六大设计原则之“里氏替换原则”

通俗地讲，只要父类能出现的地方子类就可以出现，而且替换为子类也不会产生任何错误或异常，使用者可能根本就不需要知道是父类还是子类。但是，反过来就不行了，有子类出现的地方，父类未必应能适应。

里氏替换原则为良好的继承定义了一个规范，一句简单的定义包括了四层含义：

1、子类必须完全实现父类的方法

父类：AbstractGun

public abstract class AbstractGun {
abstract void shoot();
}

子类之步枪：Rifle

public class Rifle extends AbstractGun {
@Override
void shoot() {
System.out.println("步枪射击...");
}
}

子类之机枪：MachineGun

public class MachineGun extends AbstractGun {
@Override
void shoot() {
System.out.println("机枪射击...");
}
}

士兵类：Soldier

public class Soldier {
private AbstractGun gun;
// 务必要用父类或接口
public void setGun(AbstractGun _gun) {
this.gun = _gun;
}
public void kill() {
System.out.println("士兵开始射击...");
this.gun.shoot();
}
}

场景类：

public class Run {
public static void main(String[] args) {
Soldier sanmao = new Soldier(); // 创建新兵三毛
sanmao.setGun(new Rifle()); // 给予一把步枪
sanmao.kill(); // 三毛开始杀敌
}
}

注意：在类中调用其他类时务必要用父类或接口，若不能使用，则说明类的设计已经违背原则。

常见畸型继承举例：

接上面的应用举例，如果我们要把一把玩具枪给三毛，那么新增类：ToyGun

public class ToyGun extends AbstractGun {
// 玩具枪是不能射击的,但是为了塞给三毛,必须要继承父类
// 继承后又要求实现方法,怎么办?我们一般就强制继续一个
@Override
void shoot() {
// 玩具枪的性质是无法射击的,所以无法真正实现该方法
}
}

通常应用中经常发生如上情况，按LSP原则，则要注意：若子类不能完整地实现父类的方法，或者父类的某些方法在子类中发生畸变，则建议断开父子继承关系，采用依赖、聚集、组合等关系代替继承。

所以如上情况，建议方案是：ToyGun脱离继承，建立一个独立的父类(如AbstractToy)，为了实现代码复用，可以与AbstractGun建立关联委托关系。例如，可以在AbstractToy中声明将声音、形状都委托给AbstractGun处理，玩具枪嘛，形状和声音都要和真枪一样，然后两个基类下的子类自由延民

2、子类应避免自己的个性

子类是可以有自己的方法和属性，但在LSP原则里，可以正着用不能反过来用。在子类出现的地方，父类未必就可以胜任。

比如，现在又有一把新枪AUG，它是狙击枪也是步枪的一种：

public class AUG extends Rifle {
public void zoomOut() {
System.out.println("通过望远镜观察...");
}
public void shoot() {
System.out.println("AUG射击");
}
}

这时在调用AbstractGun的各子类时，只有AUG有自己的个性方法即zoomOut，而其它的子类却都没有。那么要真正使用zoomOut方法，则必须直接调用AUG子类，不能使用抽像类或接口，则违背了上述第一个标红注意点。比如，要让Soldier类使用AUG的个性方法zoomOut，则不能使用：AbstractGun _gun为_gun属性的类型，则需直接调用AUG：AUG _gun。

3.覆盖或实现父类的方法时输入参数应相同或更宽松

举例，父类：

public class Father {
public Collection doSomething(HashMap map) {
System.out.println("father...");
return map.values();
}
}

子类：

public class Son extends Father {
public Collection doSomething(Map map) {
System.out.println("son...");
return map.values();
}
}

场景类：

	public static void main(String[] args) {
Son obj = new Son(); // 此处若改成 new Father结果也一样
HashMap map = new HashMap();
obj.doSomething(map);
}

运行结果：father...

此处是重载Overload，而不是覆写Override。

子类的输入参数类型的范围扩大了，将父类中的HashMap扩大到Map，子类代替父类传递到调用者中，子类永远不会被执行，这是正确的。如果你想让子类执行，必须覆写父类的方法。但若反过来，子类参数类型的范围小于父类，那么父类存在的地方，子类就未必可以存在 。则子类就会被执行，这会影发业务逻辑混乱，因为在实际应用中父类一般是抽像类，子类是实现类，这样的一个子类会歪曲父类的意图。

4.覆 盖 或实现父类方法时输出结果的类型应小于等于父类的结果类型

比如，父类的一个方法返回值是类型T，子类的相同方法(重载或覆盖)的返回值是S，那么里氏替换原则就要求S必须小于等于T，也就是说，要么S和T是同一个类型，要么S是T的子类。

输入参数：大于等于

输出参数：小于等于

总结：采用里氏替换原则的目的就是增强程序的健壮性，版本升级时也可以保持非常好的兼容性。即使增加子类，原有的子类也可以继续运行。在实际项目中，每个子类对应不同的业务含义，使用父类作为参数，传递不同的子类完成不同的业务逻辑。

采用本原则时，应该尽量避免子类有“个性”，一旦子类有了个性，与父类之间的关系就难以调和。把子类当做父类用，子类的个性被抹杀；把子类单独作为一个业务来使用，则代码间的耦合关系就过于复杂缺乏类替换的标准。