设计模式:面向对象设计的六大原则(6)- 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)

2020年9月8日18:19:30 评论 104

原则六:里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)

定义

In a computer program, if S is a subtype of T, then objects of type T may be replaced with objects of type S (i.e. an object of type T may be substituted with any object of a subtype S) without altering any of the desirable properties of the program (correctness, task performed, etc.)

即:所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象,也就是说子类对象可以替换其父类对象,而程序执行效果不变。

定义的解读

在继承体系中,子类中可以增加自己特有的方法,也可以实现父类的抽象方法,但是不能重写父类的非抽象方法,否则该继承关系就不是一个正确的继承关系。

优点

可以检验继承使用的正确性,约束继承在使用上的泛滥。

代码讲解

在这里用一个简单的长方形与正方形的例子讲解一下里氏替换原则。

需求点

创建两个类:长方形和正方形,都可以设置宽高(边长),也可以输出面积大小。

不好的设计

首先声明一个长方形类,然后让正方形类继承于长方形。

长方形类:

//================== Rectangle.h ==================

@interface Rectangle : NSObject
{
@protected double _width;
@protected double _height;
}

//设置宽高
- (void)setWidth:(double)width;
- (void)setHeight:(double)height;

//获取宽高
- (double)width;
- (double)height;

//获取面积
- (double)getArea;

@end



//================== Rectangle.m ==================

@implementation Rectangle

- (void)setWidth:(double)width{
    _width = width;
}

- (void)setHeight:(double)height{
    _height = height;
}

- (double)width{
    return _width;
}

- (double)height{
    return _height;
}


- (double)getArea{
    return _width * _height;
}

@end

正方形类:

//================== Square.h ==================

@interface Square : Rectangle
@end



//================== Square.m ==================

@implementation Square

- (void)setWidth:(double)width{
    
    _width = width;
    _height = width;
}

- (void)setHeight:(double)height{
    
    _width = height;
    _height = height;
}

@end

可以看到,正方形类继承了长方形类以后,为了保证边长永远是相等的,特意在两个set方法里面强制将宽和高都设置为传入的值,也就是重写了父类Rectangle的两个set方法。但是里氏替换原则里规定,子类不能重写父类的方法,所以上面的设计是违反该原则的。

而且里氏替换原则原则里面所属:子类对象能够替换父类对象,而程序执行效果不变。我们通过一个例子来看一下上面的设计是否符合:

在客户端类写一个方法:传入一个Rectangle类型并返回它的面积:

- (double)calculateAreaOfRect:(Rectangle *)rect{
    return rect.getArea;
}

我们先用Rectangle对象试一下:

Rectangle *rect = [[Rectangle alloc] init];
rect.width = 10;
rect.height = 20;
    
double rectArea = [self calculateAreaOfRect:rect];//output:200

长宽分别设置为10,20以后,结果输出200,没有问题。

现在我们使用Rectange的子类Square的对象替换原来的Rectange对象,看一下结果如何:

Square *square = [[Square alloc] init];
square.width = 10;
square.height = 20;
    
double squareArea = [self calculateAreaOfRect:square];//output:400

结果输出为400,结果不一致,再次说明了上述设计不符合里氏替换原则,因为子类的对象square替换父类的对象rect以后,程序执行的结果变了。

不符合里氏替换原则就说明该继承关系不是正确的继承关系,也就是说正方形类不能继承于长方形类,程序需要重新设计。

我们现在看一下比较好的设计。

较好的设计

既然正方形不能继承于长方形,那么是否可以让二者都继承于其他的父类呢?答案是可以的。

既然要继承于其他的父类,它们这个父类肯定具备这两种形状共同的特点:有4个边。那么我们就定义一个四边形的类:Quadrangle

//================== Quadrangle.h ==================

@interface Quadrangle : NSObject
{
@protected double _width;
@protected double _height;
}

- (void)setWidth:(double)width;
- (void)setHeight:(double)height;

- (double)width;
- (double)height;

- (double)getArea;
@end

接着,让Rectangle类和Square类继承于它:

Rectangle类:

//================== Rectangle.h ==================

#import "Quadrangle.h"

@interface Rectangle : Quadrangle

@end



//================== Rectangle.m ==================

@implementation Rectangle

- (void)setWidth:(double)width{
    _width = width;
}

- (void)setHeight:(double)height{
    _height = height;
}

- (double)width{
    return _width;
}

- (double)height{
    return _height;
}


- (double)getArea{
    return _width * _height;
}

@end

Square类:

//================== Square.h ==================

@interface Square : Quadrangle
{
    @protected double _sideLength;
}

-(void)setSideLength:(double)sideLength;

-(double)sideLength;

@end



//================== Square.m ==================

@implementation Square

-(void)setSideLength:(double)sideLength{    
    _sideLength = sideLength;
}

-(double)sideLength{
    return _sideLength;
}

- (void)setWidth:(double)width{
    _sideLength = width;
}

- (void)setHeight:(double)height{
    _sideLength = height;
}

- (double)width{
    return _sideLength;
}

- (double)height{
    return _sideLength;
}


- (double)getArea{
    return _sideLength * _sideLength;
}

@end

我们可以看到,RectangeSquare类都以自己的方式实现了父类Quadrangle的公共方法。而且由于Square的特殊性,它也声明了自己独有的成员变量_sideLength以及其对应的公共方法。

注意,这里RectangeSquare并不是重写了其父类的公共方法,而是实现了其抽象方法。

下面来看一下这两个设计的UML 类图,可以更形象地看出两种设计上的区别:

UML 类图对比

未实践里氏替换原则:

设计模式:面向对象设计的六大原则(6)- 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)

实践了里氏替换原则:

设计模式:面向对象设计的六大原则(6)- 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)

如何实践

里氏替换原则是对继承关系的一种检验:检验是否真正符合继承关系,以避免继承的滥用。因此,在使用继承之前,需要反复思考和确认该继承关系是否正确,或者当前的继承体系是否还可以支持后续的需求变更,如果无法支持,则需要及时重构,采用更好的方式来设计程序。


继续阅读:面向对象设计的六大原则

设计模式:面向对象设计的六大原则(1)- 开闭原则(Open Close Principle)
设计模式:面向对象设计的六大原则(2)- 单一职责原则(Single Responsibility Principle)
设计模式:面向对象设计的六大原则(3)- 依赖倒置原则(Dependency Inversion Principle)
设计模式:面向对象设计的六大原则(4)- 接口分离原则(Interface Segregation Principle)
设计模式:面向对象设计的六大原则(5)- 迪米特法则(Law of Demeter)
设计模式:面向对象设计的六大原则(6)- 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)
设计模式:面向对象设计的六大原则 – 总结和比较

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(转自:https://juejin.im/post/6844903673672237063)

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