设计模式之里氏代换原则:打破常规,让代码更灵活

发布时间:2024年01月16日

在软件开发的世界中,设计模式是解决常见问题的最佳实践。其中,里氏代换原则(Liskov Substitution Principle,LSP)是面向对象设计的基本原则之一,它强调了在软件中子类型必须能够替换其基类型,而不会导致任何不期望的行为或错误。

一、里氏代换原则的含义

里氏代换原则是由计算机科学先驱Barbara Liskov提出的,它的基本思想是:如果程序使用了一个基类的接口来创建对象,那么这些对象可以被它们的子类对象所替换,而不会破坏程序的正确性。换句话说,一个软件实体如果使用的是一个基类的话,那么也一定适用于子类,前提是子类正常地继承了基类的共有属性。

二、如何遵循里氏代换原则
1??继承与派生

在面向对象的编程中,子类继承父类的属性和方法是一种常见的做法。为了遵循里氏代换原则,子类必须能够完全代替父类,而不会引发任何问题。这意味着子类必须继承父类的所有非私有属性和方法,并且不能违反父类的任何契约。

2??方法重写

在子类中重写父类的方法时,必须保证重写后的方法具有与父类方法相同的行为。这包括方法的签名、返回类型和异常等必须与父类方法一致。此外,子类方法的访问修饰符不能比父类方法的访问修饰符更严格。

3??行为一致性

为了遵循里氏代换原则,子类必须保持与父类一致的行为。这意味着子类不能违反父类的任何预期行为,包括对方法的调用顺序和异常的处理等方面。

三、里氏代换原则在实践中的应用

假设我们有一个基类Shape和它的两个子类Rectangle和Square,Shape有一个计算面积的方法calculateArea。

Shape形状父类
abstract class Shape {
    abstract double calculateArea();
}
Rectangle矩形类
class Rectangle extends Shape {
    double width;
    double height;

    Rectangle(double width, double height) {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    @Override
    double calculateArea() {
        return width * height;
    }
}
Square正方形类
class Square extends Shape {
    double side;

    Square(double side) {
        this.side = side;
    }

    // 违反LSP的情况
    @Override
    double calculateArea() {
        if (side < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Side cannot be negative");
        }
        return side * side;
    }
}

在上面的例子中,Square类的calculateArea方法违反了LSP,因为它添加了一个额外的约束——不允许边长为负数,而这个约束在Shape基类中是没有的。如果某处代码期待一个Shape对象并调用其calculateArea方法,当传入一个边长为负数的Square对象时,将会抛出异常,这就破坏了原有的行为。

如何调整

为了让Square遵守LSP,我们应该确保它不引入额外的前置条件或后置条件,而是维持与基类相同的接口契约。在这里,我们可以将边长的合法性检查放在构造函数中,而不是计算面积的方法中。

调整后Square正方形类
class Square extends Shape {
    double side;

    Square(double side) {
        if (side < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Side cannot be negative");
        }
        this.side = side;
    }

    @Override
    double calculateArea() {
        return side * side;
    }
}

现在,无论何时传入Shape的实例,无论是Rectangle还是Square,调用calculateArea方法都不会违反原有的接口约定,遵循了里氏代换原则。

四、总结

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一,它强调了子类型必须能够替换其基类型,而不会导致任何不期望的行为或错误。遵循里氏代换原则可以提高代码的复用性、增强软件的可维护性和健壮性。在实际开发中,我们应该尽可能地遵循里氏代换原则,以确保软件的稳定性和可扩展性。

文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_38283545/article/details/135616909
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