DesignPattern系列__04里氏替换原则

1.内容引入——继承体系的思考

在继承中，凡是在父类已经实现的方法，其实算是一种契约或者规范，子类不应该在进行更改(重写)；但是，由于这一点不是强制要求，所以当子类进行重写的时候，就会对继承体系产生破坏。

同时，继承带来便利的时候，也有弊端：给程序带来了侵入性，增加了对象之间的耦合性，可移植性低。当你修改基类时，子类都需要进行相应的修改。

那么，如何能够保持继承的优点，同时减少缺点对程序的影响呢？也就是我们要讨论的主角——“里氏替换原则”。

2.里氏替换原则的定义

1.第一种定义

如果对每一个类型为S的对象o1, 都用类型为T的对象o2, 使得以T定义的所有程序P在所有的对象o1都替换为o2时，程序P的行为没有发生变化，那么类型S是类型T的子类型。

2.第二种定义

所有引用基类的地方都必须能透明地使用其子类进行替换。

第二种类型通俗易懂，就是说，只要父类出现的地方，都应该能用其子类进行替换。 但是反过来却不一定成立，也就是子类所在的地方替换成父类，是不一定成立的。

根据定义，我们总结出以下几点：

1.子类必须实现父类定义的抽象方法。对于父类已经实现的非抽象方法，不应该进行重写。

结合代码理解一下：

public abstract class SuperClass {
    public abstract void sayHi();
    public void doSomething() {
        System.out.println("父类被执行...");
    }

    //定义一个加法运算函数
    public int add(int i, int j) {
        int result = i + j;
        System.out.println("result = " + result);
        return result;
    }
}

public class SubClass extends SuperClass {
    @Override
    public void sayHi() {
        System.out.println("子类重写了父类的sayHi方法...");
    }

    //子类特有的方法
    public void selfMethod() {
        System.out.println("子类特有的方法");
    }

    //子类重写了父类的非抽象加法运算方法
    @Override
    public int add(int i, int j) {
        int result = i - j;
        System.out.println("result = " + result);
        return result;
    }

}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        SuperClass clazz = new SubClass();
        clazz.doSomething();
        SubClass subClass = new SubClass();
        //子类调用自己的方法
        subClass.selfMethod();
        SuperClass superClass = (SuperClass) subClass;
        superClass.add(11,22);
    }
}

//运行结果如下：
父类被执行...
子类特有的方法
result = -11

当你继承一个基类时，编译器会要求你来实现基类的抽象方法，否则，会报错。

但是，对于已经实现的方法，编译器便不会强制让你去重写(也不推荐这样做)：在上面的demo中，子类重写了父类的add方法，在调用时，出现了错误(基类定义的加法逻辑，被子类重写为了一个减法)。这样子，在父类出现的地方，不能由子类完全替换，违背了“里氏替换原则”。

2.子类可以有自己的方法。

在上面的demo中，子类定义了特有的方法selfMethod()，可以实现其他的业务逻辑。

   //子类特有的方法
    public void selfMethod() {
        System.out.println("子类特有的方法");
    }

3.当子类覆盖或实现父类的方法时，前置条件(形参)可以比父类方法的输入参数更宽松。

下来看一下demo：

public class Father {
    public Collection doSomething(HashMap map) {
        System.out.println("父类被执行...");
        return map.values();
    }
}

public class Son extends Father {
     public Collection doSomething(Map map) {
        System.out.println("子类被执行...");
        return map.values();
    }
}

public class Client1 {
    public static void main(String[] args) {
        invoke();
    }

    public static void invoke() {
//        Father clazz = new Father();
        Son clazz = new Son();
        HashMap hashMap = new HashMap();
        clazz.doSothing(hashMap);
    }

//运行结果：父类执行...

在demo中，基类定义了一个doSomething方法，接受的形参类型为HashMap，子类重载了基类的这个方法，并且将接受的形参类型扩展为Map。但是，我们发现，在父类出现的地方，替换为子类后，运行的结果不变。也就是说，子类对象在方法执行时被替换为父类对象，重载的方法并未被执行。如果想要执行子类的方法，就必须重写，这是正确的。

如果反过来呢？下面通过反证来证明第三点：

当子类的方法中的前置条件比父类小的时候，情况会怎么样呢？

在父类和子类中重新定义这两个方法，符合子类的前置条件小于父类这一条件即可。

   //修改父类的方法，前置条件扩大为Map
    public Collection doSomething(Map map) {
        System.out.println("父类被执行...");
        return map.values();
    }

   //修改子类，前置条件缩小为HashMap
    public Collection doSomething(HashMap map) {
        System.out.println("子类被执行...");
        return map.values();
    }

当客户端的invoke()方法中，通过Father类型调用doSomething方法时，运行结果如下：

//运行结果： 父类执行****

将对象换成Son类型时，执行结果时：

 public static void invoke() {
//        Father clazz = new Father();
        Son clazz = new Son();
        HashMap hashMap = new HashMap();
        clazz.doSothing(hashMap);
    }

//执行结果： 子类被执行...

我们看到了，子类并没有重写父类的方法，但是子类的方法被执行了(这是因为调用方法时，优先选择参数类型一致的方法，也就是重载方法，找不到的话才去找类型为形参的基类的方法)，但是，这个现象在逻辑上面是错误的。

4.当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的后置条件（即方法的返回值）要比父类更严格。

这一点是重写的要求之一，在这里就用代码展示了。

最佳实践

在前面的示例中，我们在子类SubClass中不小心重写了基类SupClass已经实现的方法add()，导致出现了逻辑错误。

1.在实际的使用中，我们要尽量避免重写父类已经实现的方法。

2.在适当的情况下减少使用继承，多使用聚合、组合、依赖等解决问题。