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;}
}
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//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@Overridepublic void setLength(double length) {super.setLength(length);super.setWidth(length);}// 重写父类中的方法@Overridepublic void setWidth(double width) {super.setWidth(width);super.setLength(width);}
}
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//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;}@Overridepublic double getLength() {return length;}@Overridepublic 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;}@Overridepublic double getLength() {return side;}@Overridepublic 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());}
}