Java 里氏代换原则
一、什么是里氏代换原则?
一个软件实体如果使用的是一个基类的话,那么一定适用于其子类,而且它根本不能察觉出基类对象和子类对象的区别。比如,假设有两个类,一个是Base类,另一个是Derived类,并且Derived类是Base类的子类。那么一个方法如果可以接受基类对象Base的话:
method(Base b),那么它必然可以接受一个子类对象d,也即method(d)。
里氏代换原则是继承复用的基石。只有当衍生类可以替换掉基类,软件单位的功能不会受到影响时,基类才能真正被复用,而衍生类也才能够在基类的基础上增加新的行为。
二、从代码重构的角度理解
里氏代换原则讲的是基类和子类的关系。只有当这种关系存在时,里氏代换关系才存在;反之则不存在。如果有两个具体类A和B之间的关系违反了里氏代换原则的设计,根据具体情况可以在下面的两种重构方案中选择一种:
(1) 创建一个新的类C,作为两个具体类的超类,将A和B的共同行为移动到C中,从而解决A和B行为不完全一致的问题,如下图所示。
(2) 从B到A的继承关系,改写为委派关系,如下图所示。
正方形和长方形
一个长方形Rectangle类
public class Rectangle {
private long width;
private long height;
public long getWidth() {
return width;
}
public void setWidth(long width) {
this.width = width;
}
public long getHeight() {
return height;
}
public void setHeight(long height) {
this.height = height;
}
}
当width和height相等时,就得到了正方形对象。因此,长方形的对象中有一些是正方形对象。一个正方形Square类
public class Square {
private long side;
public long getSide() {
return side;
}
public void setSide(long side) {
this.side = side;
}
}
因为这个正方形类不是长方形的子类,而且也不可能成为长方形的子类,因此在Rectangle类和Square类之间不存在里氏代换关系,如下图所示。
正方形不可以作为长方形的子类
为什么正方形不可以作为长方形的子类呢?如果将正方形设置成长方形的子类,类图
Square类的源代码:
public class Square extends Rectangle{
private long side;
public long getWidth() {
return getSide();
}
public void setWidth(long width) {
setSide(width);
}
public long getHeight() {
return getSide();
}
public void setHeight(long height) {
setSide(height);
}
public long getSide() {
return side;
}
public void setSide(long side) {
this.side = side;
}
}
这样,只要width或height被赋值了,那么width和height会被同时赋值,从而使长方形的长和宽总是相等的。但是如果客户端使用一个Square对象调用下面的resize()方法时,就会得出与使用一个Rectangle对象不同的结论。当传入的是一个Rectangle对象时,这个resize()方法会将宽度不断增加,直到它超过长度才会停下来。如果传入的是一个Square对象,这个resize()方法会将正方形的边不断的增加下去,直到溢出为止。换言之,里氏代换原则被破坏了,因此Square不应当成为Rectangle的子类。
SmartTest类源代码
public class SmartTest {
public void resize(Rectangle r){
while(r.getWidth()<=r.getHeight()){
r.setWidth(r.getWidth()+1);
}
}
}
代码的重构
Rectangle类和Square类到底是怎样的关系呢?它们都应当属于四边形(Quadrangle)的子类,通过发明一个Quadrangle(四边形)类,并将Rectangle类和Square类变成它的具体子类,就解决了Rectangle类和Square类的关系不符合里氏代换原则的问题。如下图所示。
Java接口Quadrangle(四边形)类的代码,其中只声明了两个取值方法,没有声明任何的赋值方法。
public interface Quadrangle {
public long getWidth();
public long getHeight();
}
长方形是四边形的子类,具有赋值方法。Rectangle类。
public class Rectangle implements Quadrangle{
private long width;
private long height;
public long getWidth() {
return width;
}
public void setWidth(long width) {
this.width = width;
}
public long getHeight() {
return height;
}
public void setHeight(long height) {
this.height = height;
}
}
正方形是四边形的子类,具有赋值方法。Square类。
public class Square implements Quadrangle{
private long side;
public long getSide() {
return side;
}
public void setSide(long side) {
this.side = side;
}
public long getWidth() {
return getSide();
}
public long getHeight() {
return getSide();
}
}
破坏里氏代换原则的问题是怎么避免的呢?秘密在于基类Quadrangle类没有赋值方法。因此上面的resize()方法不可能适用于Quadrangle类型,而只能适用于不同的具体子类Rectangle和Square,因此里氏代换原则不可能被破坏。
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