为什么叫里氏替换原则?
里氏替换原则在SOLID这五个设计原则中是比较特殊的存在:如果违反了里氏替换原则,不只是降低软件设计的优雅性,很可能会导致Bug。
里氏替换原则译自Liskov substitution principle。Liskov是一位计算机科学家,也就是Barbara Liskov,麻省理工学院教授,也是美国第一个计算机科学女博士,师从图灵奖得主John McCarthy教授,人工智能概念的提出者。
Robert Martin在《敏捷软件开发:原则、模式与实践》一书中对原论文的解读:子类型(subtype)必须能够替换掉他们的基类型(base type)。这个是更简明的一种表述。
违背 LSP 原则的一个简单示例
一个非常明显地违背 LSP原则的示例就是使用 RTTI(Run Time Type Identification)来根据对象类型选择函数执行。
void DrawShape(const Shape& s)
{
if (typeid(s) == typeid(Square))
DrawSquare(static_cast<Square&>(s));
else if (typeid(s) == typeid(Circle))
DrawCircle(static_cast<Circle&>(s));
}
正方形和长方形,违背原则的微妙之处
很多情况下对 LSP 原则的违背方式都十分微妙。设想在一个应用程序中使用了 Rectangle 类,描述如下:
public class Rectangle
{
private double _width;
private double _height;
public void SetWidth(double w) { _width = w; }
public void SetHeight(double w) { _height = w; }
public double GetWidth() { return _width; }
public double GetHeight() { return _height; }
}
违反里氏替换原则的危害
当我们违反了这一原则会带来有一些危害:反直觉。期望所有子类行为是一致的,但如果不一致可能需要文档记录,或者在代码跑失败后涨此知识;不可读。如果子类行为不一致,可能需要不同的逻辑分支来适配不同的行为,徒增代码复杂度;不可用。可能出错的地方终将会出错。
如何避免违反里氏替换原则
谈到如何避免,当然要基于里氏替换原则的定义,与期望行为一致的替换。
从行为出发来设计。在做抽象或设计时,不只是要从模型概念出发,还要从行为出发,比如一个经典的例子,正方形和长方形,从现实的概念中正方形是一个长方形,但是在计算其面积的行为上是不一致的。
基于契约设计。这个契约即是基类方法签名、功能描述、参数类型、返回值等。在派生类的实现时,时刻保持派生类与基类的契约不被破坏。
开放封闭原则(Open Closed Principle)是许多面向对象设计启示思想的核心。符合该原则的应用程序在可维护性、可重用性和鲁棒性等方面会表现的更好。里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)则是实现 OCP 原则的重要方式。只有当衍生类能够完全替代它们的基类时,使用基类的函数才能够被安全的重用,然后衍生类也可以被放心的修改了。