物件導向設計原則之里氏代換原則

      里氏代換原則由2008年圖靈獎得主、美國第一位電腦科學女博士Barbara Liskov教授和卡內基·梅隆大學Jeannette Wing教授於1994年提出。其嚴格表述如下：如果對每一個型別為S的物件o1，都有型別為T的物件o2，使得以T定義的所有程式P在所有的物件o1代換o2時，程式P的行為沒有變化，那麼型別S是型別T的子型別。這個定義比較拗口且難以理解，因此我們一般使用它的另一個通俗版定義：

里氏代換原則(Liskov Substitution Principle, LSP)：所有引用基類（父類）的地方必須能透明地使用其子類的物件。

      里氏代換原則告訴我們，在軟體中將一個基類物件替換成它的子類物件，程式將不會產生任何錯誤和異常，反過來則不成立，如果一個軟體實體使用的是一個子類物件的話，那麼它不一定能夠使用基類物件。例如：我喜歡動物，那我一定喜歡狗，因為狗是動物的子類；但是我喜歡狗，不能據此斷定我喜歡動物，因為我並不喜歡老鼠，雖然它也是動物。

      例如有兩個類，一個類為BaseClass，另一個是SubClass類，並且SubClass類是BaseClass類的子類，那麼一個方法如果可以接受一個BaseClass型別的基類物件base的話，如：method1(base)，那麼它必然可以接受一個BaseClass型別的子類物件sub，method1(sub)能夠正常執行。反過來的代換不成立，如一個方法method2接受BaseClass型別的子類物件sub為引數：method2(sub)，那麼一般而言不可以有method2(base)，除非是過載方法。

      里氏代換原則是實現開閉原則的重要方式之一，由於使用基類物件的地方都可以使用子類物件，因此在程式中儘量使用基類型別來對物件進行定義，而在執行時再確定其子類型別，用子類物件來替換父類物件。

      在使用里氏代換原則時需要注意如下幾個問題：

      (1)子類的所有方法必須在父類中宣告，或子類必須實現父類中宣告的所有方法。根據里氏代換原則，為了保證系統的擴充套件性，在程式中通常使用父類來進行定義，如果一個方法只存在子類中，在父類中不提供相應的宣告，則無法在以父類定義的物件中使用該方法。

      (2)  我們在運用里氏代換原則時，儘量把父類設計為抽象類或者介面，讓子類繼承父類或實現父介面，並實現在父類中宣告的方法，執行時，子類例項替換父類例項，我們可以很方便地擴充套件系統的功能，同時無須修改原有子類的程式碼，增加新的功能可以通過增加一個新的子類來實現。里氏代換原則是開閉原則的具體實現手段之一。

      (3) Java語言中，在編譯階段，Java編譯器會檢查一個程式是否符合里氏代換原則，這是一個與實現無關的、純語法意義上的檢查，但Java編譯器的檢查是有侷限的。

在Sunny軟體公司開發的CRM系統中，客戶(Customer)可以分為VIP客戶(VIPCustomer)和普通客戶(CommonCustomer)兩類，系統需要提供一個傳送Email的功能，原始設計方案如圖1所示： 圖1原始結構圖       在對系統進行進一步分析後發現，無論是普通客戶還是VIP客戶，傳送郵件的過程都是相同的，也就是說兩個send()方法中的程式碼重複，而且在本系統中還將增加新型別的客戶。為了讓系統具有更好的擴充套件性，同時減少程式碼重複，使用里氏代換原則對其進行重構。

      在本例項中，可以考慮增加一個新的抽象客戶類Customer，而將CommonCustomer和VIPCustomer類作為其子類，郵件傳送類EmailSender類針對抽象客戶類Customer程式設計，根據里氏代換原則，能夠接受基類物件的地方必然能夠接受子類物件，因此將EmailSender中的send()方法的引數型別改為Customer，如果需要增加新型別的客戶，只需將其作為Customer類的子類即可。重構後的結構如圖2所示：

圖2  重構後的結構圖

      里氏代換原則是實現開閉原則的重要方式之一。在本例項中，在傳遞引數時使用基類物件，除此以外，在定義成員變數、定義區域性變數、確定方法返回型別時都可使用里氏代換原則。針對基類程式設計，在程式執行時再確定具體子類。

擴充套件 里氏代換原則以Barbara Liskov（芭芭拉·利斯科夫）教授的姓氏命名。芭芭拉·利斯科夫：美國電腦科學家，2008年圖靈獎得主，2004年約翰·馮諾依曼獎得主，美國工程院院士，美國藝術與科學院院士，美國計算機協會會士，麻省理工學院電子電氣與電腦科學系教授，美國第一位電腦科學女博士。

 【作者：劉偉  http://blog.csdn.net/lovelion】