四、設計模式的六大設計原則之里氏替換原則(LSP, Liskov Substitution Principle)

1. 何為里氏替換原則

里氏替換原則的定義有兩種,據說是由麻省理工的一位姓里的女士所提出,因此以其名進行命名。

定義1:如果對一個類型為T1的對象o1,都有類型為T2的對象o2,使得以T1所定義的程序P中在o1全都替換成o2時,程序的行為不發生任何變化,那么T2為T1的子類。

定義2:所有引用父類的地方都必須能夠透明地使用其子類對象。

其實兩個定義所表達的意思都相同,就是在所有父類出現的地方,子類都可以出現,并且將父類對象替換為子類對象的時候,程序不會拋出任何異常或者錯誤,因此我們需要注意的是,盡量不要重載或者重寫父類的方法(抽象方法除外),因為這樣可能會改變父類原有的行為。

優點

代碼共享,減少創建類的工作量,每個子類都擁有父類的所有屬性和方法;
提高代碼的可重用性;
提高代碼的可擴張性;
提高產品或項目的開放性。

缺點

繼承是入侵性的,擁有父類的屬性和方法;
降低代碼的靈活性,必須擁有父類的屬性和方法;
增強耦合性,父類屬性或方法改變,需要考慮子類。

2. 情景設置

有一功能P1,由類A完成。現需要將功能P1進行擴展,擴展后的功能為P,其中P由原有功能P1與新功能P2組成。功能P由類A的子類B來完成,則子類B在完成新功能P2的同時,有可能會導致原有功能P1發生故障。

解決方案

當使用繼承時,遵循里氏替換原則。類B繼承類A時,除添加新的方法完成新增功能P2外,盡量不要重寫父類A的方法,也盡量不要重載父類A的方法。

繼承包含這樣一層含義:父類中凡是已經實現好的方法(相對于抽象方法而言),實際上是在設定一系列的規范和契約,雖然它不強制要求所有的子類必須遵從這些契約,但是如果子類對這些非抽象方法任意修改,就會對整個繼承體系造成破壞。而里氏替換原則就是表達了這一層含義。

繼承作為面向對象三大特性之一,在給程序設計帶來巨大便利的同時,也帶來了弊端。比如使用繼承會給程序帶來侵入性,程序的可移植性降低,增加了對象間的耦合性,如果一個類被其他的類所繼承,則當這個類需要修改時,必須考慮到所有的子類,并且父類修改后,所有涉及到子類的功能都有可能會產生故障。

3. 代碼示例

還是繼續我們上面的場景:這里,我們將Employee類作為父類,它里面有一個計算工資的方法calculateSalary,代碼如下所示:
(1)Employee

@interface Employee : NSObject

// 計算工資
- (void)calculateSalary:(NSString *)name;

@end


@implementation Employee

- (void)calculateSalary:(NSString *)name
{
    NSLog(@"%@的工資是100",name);
}

@end

(2)調用代碼

Employee *employee = [[Employee alloc] init];
[employee calculateSalary:@"張三"];

現在我們為Employee類添加一個子類總監Director類,該類新增了一個職責說明的方法和重寫了calculateSalary方法,如下所示:

#import "Director.h"

@implementation Director

- (void)calculateSalary:(NSString *)name
{
    NSLog(@"總監%@的工資是10000",name);
}

- (void)duty
{
    NSLog(@"總監的職責是管理");
}

@end

調用代碼:

Employee *employee = [[Director alloc] init];  //將所有父類出現的地方都替換成子類
[employee calculateSalary:@"張三"];

從上面的結果我們可以看到,由于重寫了父類Employee的calculateSalary方法,造成計算薪資的方法都是調用子類Director重寫后的方法。如果應用場景是要求公司的薪資都是統一的,那么調用Director類重寫的方法就是不正確的。如果非要重寫父類里面的方法,比較通用的做法是:原來的父類和子類都繼承一個更通用的基類,原有的繼承關系去掉,采用依賴、聚合、組合等關系代替。

里氏替換原則通俗的來講就是:子類可以擴展父類的功能,但不能改變父類原有的功能。它包含以下2層含義:

子類可以實現父類的抽象方法,但不能覆蓋父類的非抽象方法;
子類中可以增加自己特有的方法。

在項目中所有使用子類的地方都可用父類替換,但在調用方法的時候,即呈現面向對象編程的多態性。里氏替換原則,是非常重要的原則,也是相對較難的原則

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