设计模式（二）：里氏替换原则

什么是里氏替换原则？

定义：所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象。

为什么要有里氏替换原则？

里氏替换原则主要阐述了关于面向对象继承的一些原则，也就是什么时候应该使用继承，什么时候不应该使用继承，以及其中蕴含的原理。里氏替换原是继承复用的基础，它反映了父类与子类之间的关系。

里氏替换原则具有以下优点：

• 为良好的继承定义了一个规范；
• 提高代码的健壮性，降低程序出错的可能性；

里氏替换原则的四个原则

1、子类必须实现父类的抽象方法，但不得重写父类的非抽象方法

举例说明重写父类的非抽象方法的后果

可见 Ostrich 鸵鸟类继承 Bird 鸟类，并重写 fly 方法，然而 Ostrich 类的 fly 方法已经和父类不一致了，鸵鸟不会飞。对于使用者来说，他们原先是不知道鸵鸟会不会飞的，只有在使用的时候才知道，这样就会导致难以预料的后果，比如要计算飞行时间，根据 t = s / v 公式，鸵鸟的飞行速度为 0 ，就会抛出异常了。

2、子类可以有自己的方法

子类继承了父类，除了拥有了父类的属性和方法外，还可以自定义属性和方法，这是对父类功能的拓展，符合里氏替换原则。

上面代码 啄木鸟 类不但拥有父类的飞功能，还有啄木的技能。所以凡是鸟父类出现的地方，都可以使用啄木鸟类替换，反过来就不行，因为鸟父类没有啄木的技能。从里氏替换原则来看，就是有子类出现的地方父类未必就可以出现。

3、当子类覆盖或实现父类的方法时，方法的输入参数可以比父类方法的输入参数更宽松

父类方法的输入形参类型为 T，子类方法输入形参类型为 S，那么根据里氏替换原则就要求 S 必须大于等于 T。也就是说，要么 S 和 T 是同一类型，要么 S 是 T 的父类。

我们可以看到，因为父类 fly 方法参数类型 HashMap 是 子类 fly 方法参数类型 Map 的子类（符合T <=  S），所以上述程序无论是父类 A 还是子类 B 都是正常执行父类 A 的方法，符合里氏替换原则。

那假如写一段 T > S 的程序会怎么样，我们一起来看看：

我们可以看到，因为父类 fly 方法参数类型 Map 是 子类 fly 方法参数类型 HashMap 的父类（符合T >  S），父类正常执行自己的 fly 方法输出，当将父类的位置替换成子类时，输出结果不一致，违反了里氏替换原则中 父类出现的地方子类也能出现的概念，使得程序出现不便排查的错误。

4、当子类覆盖或实现父类的方法时，方法的返回结果可以比父类方法的返回结果范围更严格

父类方法的返回类型为 T，子类的返回类型为 S，那么根据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是同一类型，要么 T 是 S 的父类。

我们可以看到，因为父类 fly 方法返回类型 Map 是 子类 fly 方法参数类型 HashMap 的父类（符合T >  S），可以正常输出，符合里氏替换原则。若 T <= S 则编译器就已经报错了，不可能执行，具体各位读者可自行验证！

总结

除了遵守以上四个规则外，里氏替换原则也建议我们应当尽可能将父类保持简单化和最小化，这样有助于子类的拓展性。因为如果一个父类是比较复杂的，那么子类在继承并拓展它的时候，要在不影响父类状态语义的情况下进行扩展是一件比较困难的事情。

以上就是今天《里氏替换原则》的讲解，良好的代码风格需要长期不断的积累学习。各位读者大人若有问题，欢迎后台留言，我将第一时间回复！

下期文章将介绍《设计模式（三）：依赖倒置原则》

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