二、里氏替换原则

定义

• 里氏替换原则由里斯科夫女士提出：继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立。

  作用

• 里氏替换原则实现开闭原则的重要方式之一

• 它克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点
• 他是动作正确性的保证。即类的扩展不会给已有的系统引入新的错误，降低了代码出错的可能性。

• 加强程序的健壮性，同时变更时可以做到非常好的兼容性，提高程序的可维护性，降低需求变更时引入的风险。

  实现方法

• 里氏替换原则通俗来讲就是：子类可以扩展父类的功能，但不能改便父类原有的功能。 说明子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。

  总结

• 子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法

• 子类可以增加自己特有的方法
• 当子类方法重载父类方法时，方法的前置条件（即方法的输入参数）要比父类的方法更宽松
• 当子类的方法实现父类的方法时（重写/重载或实现抽象方法），方法的后置条件（方法的输出/返回值）要比父类的方法更严格或相等

  注意：如果程序违背了里氏替换原则，则继承类的对象在基类出现运行错误。修正方法：取消原来的继承关系，重新设计它们之间的关系。

关于里氏替换原则的例子，最有名的是“正方形不是长方形”。当然，生活中也有很多类似的例子，例如，企鹅、鸵鸟和几维鸟从生物学的角度来划分，它们属于鸟类；但从类的继承关系来看，由于它们不能继承“鸟”会飞的功能，所以它们不能定义成“鸟”的子类。同样，由于“气球鱼”不会游泳，所以不能定义成“鱼”的子类；“玩具炮”炸不了敌人，所以不能定义成“炮”的子类等。

【例1】里氏替换原则在“几维鸟不是鸟”实例中的应用。

分析：鸟一般都会飞行，如燕子的飞行速度大概是每小时 120 千米。但是新西兰的几维鸟由于翅膀退化无法飞行。假如要设计一个实例，计算这两种鸟飞行 300 千米要花费的时间。显然，拿燕子来测试这段代码，结果正确，能计算出所需要的时间；但拿几维鸟来测试，结果会发生“除零异常”或是“无穷大”，明显不符合预期，其类图如图 1 所示。

public class LSPtest {
    public static void main(String[] args) {
        Bird bird1 = new Swallow();
        Bird bird2 = new BrownKiwi();
        bird1.setSpeed(120);
        bird2.setSpeed(120);
        System.out.println("如果飞行300公里：");
        try {
            System.out.println("燕子将飞行" + bird1.getFlyTime(300) + "小时.");
            System.out.println("几维鸟将飞行" + bird2.getFlyTime(300) + "小时。");
        } catch (Exception err) {
            System.out.println("发生错误了!");
        }
    }
}
//鸟类
class Bird {
    double flySpeed;
    public void setSpeed(double speed) {
        flySpeed = speed;
    }
    public double getFlyTime(double distance) {
        return (distance / flySpeed);
    }
}
//燕子类
class Swallow extends Bird {
}
//几维鸟类
class BrownKiwi extends Bird {
    public void setSpeed(double speed) {
        flySpeed = 0;
    }
}

结果：
如果飞行300公里：
燕子将飞行2.5小时.
几维鸟将飞行Infinity小时。

程序运行错误的原因是：几维鸟类重写了鸟类的 setSpeed(double speed) 方法，这违背了里氏替换原则。正确的做法是：取消几维鸟原来的继承关系，定义鸟和几维鸟的更一般的父类，如动物类，它们都有奔跑的能力。几维鸟的飞行速度虽然为 0，但奔跑速度不为 0，可以计算出其奔跑 300 千米所要花费的时间。其类图如图 2 所示。