Java設計模式——六大原則之里氏替換
肯定有不少人跟我剛看到這項原則的時候一樣,對這個原則的名字充滿疑惑。其實原因就是這項原則最早是在1988年,由麻省理工學院的一位姓裡的女士(Barbara Liskov)提出來的。
定義1:如果對每一個型別為 T1的物件 o1,都有型別為 T2 的物件o2,使得以 T1定義的所有程式 P 在所有的物件 o1 都代換成 o2 時,程式 P 的行為沒有發生變化,那麼型別 T2 是型別 T1 的子型別。
定義2:所有引用基類的地方必須能透明地使用其子類的物件。
問題由來:有一功能P1,由類A完成。現需要將功能P1進行擴充套件,擴充套件後的功能為P,其中P由原有功能P1與新功能P2組成。新功能P由類A的子類B來完成,則子類B在完成新功能P2的同時,有可能會導致原有功能P1發生故障。
解決方案:當使用繼承時,遵循里氏替換原則。類B繼承類A時,除新增新的方法完成新增功能P2外,儘量不要重寫父類A的方法,也儘量不要過載父類A的方法。
繼承包含這樣一層含義:父類中凡是已經實現好的方法(相對於抽象方法而言),實際上是在設定一系列的規範和契約,雖然它不強制要求所有的子類必須遵從這些契約,但是如果子類對這些非抽象方法任意修改,就會對整個繼承體系造成破壞。而里氏替換原則就是表達了這一層含義。
繼承作為面向物件三大特性之一,在給程式設計帶來巨大便利的同時,也帶來了弊端。比如使用繼承會給程式帶來侵入性,程式的可移植性降低,增加了物件間的耦合性,如果一個類被其他的類所繼承,則當這個類需要修改時,必須考慮到所有的子類,並且父類修改後,所有涉及到子類的功能都有可能會產生故障。
舉例說明繼承的風險,我們需要完成一個兩數相減的功能,由類A來負責。
class A{
public int func1(int a, int b){
return a-b;
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args){
A a = new A();
System.out.println("100-50="+a.func1(100, 50));
System.out.println("100-80="+a.func1(100, 80));
}
}
執行結果:
100-50=50
100-80=20
後來,我們需要增加一個新的功能:完成兩數相加,然後再與100求和,由類B來負責。即類B需要完成兩個功能:
•兩數相減。
•兩數相加,然後再加100。
由於類A已經實現了第一個功能,所以類B繼承類A後,只需要再完成第二個功能就可以了,程式碼如下:
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)+100; } } public class Client{ public static void main(String[] args){ B b = new B(); System.out.println("100-50="+b.func1(100, 50)); System.out.println("100-80="+b.func1(100, 80)); System.out.println("100+20+100="+b.func2(100, 20)); } }
類B完成後,執行結果:
100-50=150
100-80=180
100+20+100=220
我們發現原本執行正常的相減功能發生了錯誤。原因就是類B在給方法起名時無意中重寫了父類的方法,造成所有執行相減功能的程式碼全部呼叫了類B重寫後的方法,造成原本執行正常的功能出現了錯誤。在本例中,引用基類A完成的功能,換成子類B之後,發生了異常。在實際程式設計中,我們常常會通過重寫父類的方法來完成新的功能,這樣寫起來雖然簡單,但是整個繼承體系的可複用性會比較差,特別是運用多型比較頻繁時,程式執行出錯的機率非常大。如果非要重寫父類的方法,比較通用的做法是:原來的父類和子類都繼承一個更通俗的基類,原有的繼承關係去掉,採用依賴、聚合,組合等關係代替。
里氏替換原則通俗的來講就是:子類可以擴充套件父類的功能,但不能改變父類原有的功能。它包含以下4層含義:
•子類可以實現父類的抽象方法,但不能覆蓋父類的非抽象方法。
•子類中可以增加自己特有的方法。
•當子類的方法過載父類的方法時,方法的前置條件(即方法的形參)要比父類方法的輸入引數更寬鬆。
•當子類的方法實現父類的抽象方法時,方法的後置條件(即方法的返回值)要比父類更嚴格。
看上去很不可思議,因為我們會發現在自己程式設計中常常會違反里氏替換原則,程式照樣跑的好好的。所以大家都會產生這樣的疑問,假如我非要不遵循里氏替換原則會有什麼後果?
後果就是:你寫的程式碼出問題的機率將會大大增加。