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軟體架構設計原則之里氏替換原則

2021-10-25 06:13:30 後端開發

里氏替換原則(Liskov Substitution Principle,LSP)是指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都替換成O2時,程式P的行為沒有發生變化,那么型別T2是型別T1的子型別,

這個定義看上去還是比較抽象的,我們重新理解一下,可以理解為一個軟體物體如果適用于一個父類,那么一定適用于其子類,所有參考父類的地方必須能透明地使用其子類的物件,子類物件能夠替換父類物件,而程式邏輯不變,根據這個理解,引申含義為:子類可以擴展父類的功能,但不能改變父類原有的功能,

(1)子類可以實作父類的抽象方法,但不能覆寫父類的非抽象方法,

(2)子類可以增加自己特有的方法,

(3)當子類的方法多載父類的方法時,方法的前置條件(即方法的輸入/入參)要比父類方法的輸入引數更寬松,

(4)當子類的方法實作父類的方法時(重寫/多載或實作抽象方法),方法的后置條件(即方法的輸出/回傳值)要比父類更嚴格或與父類一樣,

在講開閉原則的時候我埋下了一個伏筆,在獲取折扣時重寫覆寫了父類的getPrice()方法,增加了一個獲取原始碼的方法getOriginPrice(),顯然就違背了里氏替換原則,我們修改一下代碼,不應該覆寫getPrice()方法,增加getDiscountPrice()方法:

public class JavaDiscountCourse extends JavaCourse {

    public JavaDiscountCourse(Integer id, String name, Double price) {

        super(id, name, price);

    }

    public Double getDiscountPrice(){

        return super.getPrice() * 0.61;

    }

}

使用里氏替換原則有以下優點:

(1)約束繼承泛濫,是開閉原則的一種體現,

(2)加強程式的健壯性,同時變更時也可以做到非常好的兼容性,提高程式的可維護性和擴展性,降低需求變更時引入的風險,

現在來描述一個經典的業務場景,用正方形、矩形和四邊形的關系說明里氏替換原則,我們都知道正方形是一個特殊的長方形,所以就可以創建一個父類Rectangle:

public class Rectangle {

    private long height;

    private long width;

    @Override

    public long getWidth() {

        return width;

    }

    @Override

    public long getLength() {

        return length;

    }

    public void setLength(long length) {

        this.length = length;

    }

    public void setWidth(long width) {

        this.width = width;

    }

}

創建正方形類Square繼承Rectangle類:

public class Square extends Rectangle {

    private long length;

    public long getLength() {

        return length;

    }

    public void setLength(long length) {

        this.length = length;

    }

    @Override

    public long getWidth() {

        return getLength();

    }

    @Override

    public long getHeight() {

        return getLength();

    }

    @Override

    public void setHeight(long height) {

        setLength(height);

    }

    @Override

    public void setWidth(long width) {

        setLength(width);

    }

}

在測驗類中創建resize()方法,長方形的寬應該大于等于高,我們讓高一直自增,直到高等于寬,變成正方形:

public static void resize(Rectangle rectangle){

    while (rectangle.getWidth() >= rectangle.getHeight()){

        rectangle.setHeight(rectangle.getHeight() + 1);

        System.out.println("width:"+rectangle.getWidth() + ",height:"+rectangle.getHeight());

    }

    System.out.println("resize方法結束" +

            "\nwidth:"+rectangle.getWidth() + ",height:"+rectangle.getHeight());

}

測驗代碼如下:

public static void main(String[] args) {

    Rectangle rectangle = new Rectangle();

    rectangle.setWidth(20);

    rectangle.setHeight(10);

    resize(rectangle);

}

運行結果如下圖所示,

file

我們發現高比寬還大了,這在長方形中是一種非常正常的情況,現在我們把Rectangle類替換成它的子類Square,修改測驗代碼:

public static void main(String[] args) {

    Square square = new Square();

    square.setLength(10);

    resize(square);

}

上述代碼運行時出現了死回圈,違背了里氏替換原則,將父類替換為子類后,程式運行結果沒有達到預期,因此,我們的代碼設計是存在一定風險的,里氏替換原則只存在于父類與子類之間,約束繼承泛濫,我們再來創建一個基于長方形與正方形共同的抽象四邊形介面Quadrangle:

public interface Quadrangle {

    long getWidth();

    long getHeight();

}

修改長方形類Rectangle:

public class Rectangle implements Quadrangle {

    private long height;

    private long width;

    @Override

    public long getWidth() {

        return width;

    }

    public long getHeight() {

        return height;

    }

    public void setHeight(long height) {

        this.height = height;

    }

    public void setWidth(long width) {

        this.width = width;

    }

}

修改正方形類Square:

public class Square implements Quadrangle {

    private long length;

    public long getLength() {

        return length;

    }

    public void setLength(long length) {

        this.length = length;

    }

    @Override

    public long getWidth() {

        return length;

    }

    @Override

    public long getHeight() {

        return length;

    }

}

此時,如果我們把resize()方法的引數換成四邊形介面Quadrangle,方法內部就會報錯,因為正方形類Square已經沒有了setWidth()和setHeight()方法,因此,為了約束繼承泛濫,resize()方法的引數只能用Rectangle類,當然,我們在后面的設計模式的內容中還會繼續深入講解,

小測一下

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