# 面向對象設計原則之里氏代換原則
里氏代換原則由2008年圖靈獎得主、美國第一位計算機科學女博士Barbara Liskov教授和卡內基·梅隆大學Jeannette Wing教授于1994年提出。其嚴格表述如下:如果對每一個類型為S的對象o1,都有類型為T的對象o2,使得以T定義的所有程序P在所有的對象o1代換o2時,程序P的行為沒有變化,那么類型S是類型T的子類型。這個定義比較拗口且難以理解,因此我們一般使用它的另一個通俗版定義:
里氏代換原則(Liskov Substitution Principle, LSP):所有引用基類(父類)的地方必須能透明地使用其子類的對象。
里氏代換原則告訴我們,在軟件中將一個基類對象替換成它的子類對象,程序將不會產生任何錯誤和異常,反過來則不成立,如果一個軟件實體使用的是一個子類對象的話,那么它不一定能夠使用基類對象。例如:我喜歡動物,那我一定喜歡狗,因為狗是動物的子類;但是我喜歡狗,不能據此斷定我喜歡動物,因為我并不喜歡老鼠,雖然它也是動物。
例如有兩個類,一個類為BaseClass,另一個是SubClass類,并且SubClass類是BaseClass類的子類,那么一個方法如果可以接受一個BaseClass類型的基類對象base的話,如:method1(base),那么它必然可以接受一個BaseClass類型的子類對象sub,method1(sub)能夠正常運行。反過來的代換不成立,如一個方法method2接受BaseClass類型的子類對象sub為參數:method2(sub),那么一般而言不可以有method2(base),除非是重載方法。
里氏代換原則是實現開閉原則的重要方式之一,由于使用基類對象的地方都可以使用子類對象,因此在程序中盡量使用基類類型來對對象進行定義,而在運行時再確定其子類類型,用子類對象來替換父類對象。
在使用里氏代換原則時需要注意如下幾個問題:
(1)子類的所有方法必須在父類中聲明,或子類必須實現父類中聲明的所有方法。根據里氏代換原則,為了保證系統的擴展性,在程序中通常使用父類來進行定義,如果一個方法只存在子類中,在父類中不提供相應的聲明,則無法在以父類定義的對象中使用該方法。
(2) 我們在運用里氏代換原則時,盡量把父類設計為抽象類或者接口,讓子類繼承父類或實現父接口,并實現在父類中聲明的方法,運行時,子類實例替換父類實例,我們可以很方便地擴展系統的功能,同時無須修改原有子類的代碼,增加新的功能可以通過增加一個新的子類來實現。里氏代換原則是開閉原則的具體實現手段之一。
(3) Java語言中,在編譯階段,Java編譯器會檢查一個程序是否符合里氏代換原則,這是一個與實現無關的、純語法意義上的檢查,但Java編譯器的檢查是有局限的。
在Sunny軟件公司開發的CRM系統中,客戶(Customer)可以分為VIP客戶(VIPCustomer)和普通客戶(CommonCustomer)兩類,系統需要提供一個發送Email的功能,原始設計方案如圖1所示:
圖1原始結構圖

在對系統進行進一步分析后發現,無論是普通客戶還是VIP客戶,發送郵件的過程都是相同的,也就是說兩個send()方法中的代碼重復,而且在本系統中還將增加新類型的客戶。為了讓系統具有更好的擴展性,同時減少代碼重復,使用里氏代換原則對其進行重構。
在本實例中,可以考慮增加一個新的抽象客戶類Customer,而將CommonCustomer和VIPCustomer類作為其子類,郵件發送類EmailSender類針對抽象客戶類Customer編程,根據里氏代換原則,能夠接受基類對象的地方必然能夠接受子類對象,因此將EmailSender中的send()方法的參數類型改為Customer,如果需要增加新類型的客戶,只需將其作為Customer類的子類即可。重構后的結構如圖2所示:

圖2 重構后的結構圖
里氏代換原則是實現開閉原則的重要方式之一。在本實例中,在傳遞參數時使用基類對象,除此以外,在定義成員變量、定義局部變量、確定方法返回類型時都可使用里氏代換原則。針對基類編程,在程序運行時再確定具體子類。
擴展
里氏代換原則以Barbara Liskov(芭芭拉·利斯科夫)教授的姓氏命名。芭芭拉·利斯科夫:美國計算機科學家,2008年圖靈獎得主,2004年約翰·馮諾依曼獎得主,美國工程院院士,美國藝術與科學院院士,美國計算機協會會士,麻省理工學院電子電氣與計算機科學系教授,美國第一位計算機科學女博士。

- Introduction
- 基礎知識
- 設計模式概述
- 從招式與內功談起——設計模式概述(一)
- 從招式與內功談起——設計模式概述(二)
- 從招式與內功談起——設計模式概述(三)
- 面向對象設計原則
- 面向對象設計原則之單一職責原則
- 面向對象設計原則之開閉原則
- 面向對象設計原則之里氏代換原則
- 面向對象設計原則之依賴倒轉原則
- 面向對象設計原則之接口隔離原則
- 面向對象設計原則之合成復用原則
- 面向對象設計原則之迪米特法則
- 六個創建型模式
- 簡單工廠模式-Simple Factory Pattern
- 工廠三兄弟之簡單工廠模式(一)
- 工廠三兄弟之簡單工廠模式(二)
- 工廠三兄弟之簡單工廠模式(三)
- 工廠三兄弟之簡單工廠模式(四)
- 工廠方法模式-Factory Method Pattern
- 工廠三兄弟之工廠方法模式(一)
- 工廠三兄弟之工廠方法模式(二)
- 工廠三兄弟之工廠方法模式(三)
- 工廠三兄弟之工廠方法模式(四)
- 抽象工廠模式-Abstract Factory Pattern
- 工廠三兄弟之抽象工廠模式(一)
- 工廠三兄弟之抽象工廠模式(二)
- 工廠三兄弟之抽象工廠模式(三)
- 工廠三兄弟之抽象工廠模式(四)
- 工廠三兄弟之抽象工廠模式(五)
- 單例模式-Singleton Pattern
- 確保對象的唯一性——單例模式 (一)
- 確保對象的唯一性——單例模式 (二)
- 確保對象的唯一性——單例模式 (三)
- 確保對象的唯一性——單例模式 (四)
- 確保對象的唯一性——單例模式 (五)
- 原型模式-Prototype Pattern
- 對象的克隆——原型模式(一)
- 對象的克隆——原型模式(二)
- 對象的克隆——原型模式(三)
- 對象的克隆——原型模式(四)
- 建造者模式-Builder Pattern
- 復雜對象的組裝與創建——建造者模式(一)
- 復雜對象的組裝與創建——建造者模式(二)
- 復雜對象的組裝與創建——建造者模式(三)
- 七個結構型模式
- 適配器模式-Adapter Pattern
- 不兼容結構的協調——適配器模式(一)
- 不兼容結構的協調——適配器模式(二)
- 不兼容結構的協調——適配器模式(三)
- 不兼容結構的協調——適配器模式(四)
- 橋接模式-Bridge Pattern
- 處理多維度變化——橋接模式(一)
- 處理多維度變化——橋接模式(二)
- 處理多維度變化——橋接模式(三)
- 處理多維度變化——橋接模式(四)
- 組合模式-Composite Pattern
- 樹形結構的處理——組合模式(一)
- 樹形結構的處理——組合模式(二)
- 樹形結構的處理——組合模式(三)
- 樹形結構的處理——組合模式(四)
- 樹形結構的處理——組合模式(五)
- 裝飾模式-Decorator Pattern
- 擴展系統功能——裝飾模式(一)
- 擴展系統功能——裝飾模式(二)
- 擴展系統功能——裝飾模式(三)
- 擴展系統功能——裝飾模式(四)
- 外觀模式-Facade Pattern
- 深入淺出外觀模式(一)
- 深入淺出外觀模式(二)
- 深入淺出外觀模式(三)
- 享元模式-Flyweight Pattern
- 實現對象的復用——享元模式(一)
- 實現對象的復用——享元模式(二)
- 實現對象的復用——享元模式(三)
- 實現對象的復用——享元模式(四)
- 實現對象的復用——享元模式(五)
- 代理模式-Proxy Pattern
- 設計模式之代理模式(一)
- 設計模式之代理模式(二)
- 設計模式之代理模式(三)
- 設計模式之代理模式(四)
- 十一個行為型模式
- 職責鏈模式-Chain of Responsibility Pattern
- 請求的鏈式處理——職責鏈模式(一)
- 請求的鏈式處理——職責鏈模式(二)
- 請求的鏈式處理——職責鏈模式(三)
- 請求的鏈式處理——職責鏈模式(四)
- 命令模式-Command Pattern
- 請求發送者與接收者解耦——命令模式(一)
- 請求發送者與接收者解耦——命令模式(二)
- 請求發送者與接收者解耦——命令模式(三)
- 請求發送者與接收者解耦——命令模式(四)
- 請求發送者與接收者解耦——命令模式(五)
- 請求發送者與接收者解耦——命令模式(六)
- 解釋器模式-Interpreter Pattern
- 自定義語言的實現——解釋器模式(一)
- 自定義語言的實現——解釋器模式(二)
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- 自定義語言的實現——解釋器模式(五)
- 自定義語言的實現——解釋器模式(六)
- 迭代器模式-Iterator Pattern
- 遍歷聚合對象中的元素——迭代器模式(一)
- 遍歷聚合對象中的元素——迭代器模式(二)
- 遍歷聚合對象中的元素——迭代器模式(三)
- 遍歷聚合對象中的元素——迭代器模式(四)
- 遍歷聚合對象中的元素——迭代器模式(五)
- 遍歷聚合對象中的元素——迭代器模式(六)
- 中介者模式-Mediator Pattern
- 協調多個對象之間的交互——中介者模式(一)
- 協調多個對象之間的交互——中介者模式(二)
- 協調多個對象之間的交互——中介者模式(三)
- 協調多個對象之間的交互——中介者模式(四)
- 協調多個對象之間的交互——中介者模式(五)
- 備忘錄模式-Memento Pattern
- 撤銷功能的實現——備忘錄模式(一)
- 撤銷功能的實現——備忘錄模式(二)
- 撤銷功能的實現——備忘錄模式(三)
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- 撤銷功能的實現——備忘錄模式(五)
- 觀察者模式-Observer Pattern
- 對象間的聯動——觀察者模式(一)
- 對象間的聯動——觀察者模式(二)
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- 對象間的聯動——觀察者模式(四)
- 對象間的聯動——觀察者模式(五)
- 對象間的聯動——觀察者模式(六)
- 狀態模式-State Pattern
- 處理對象的多種狀態及其相互轉換——狀態模式(一)
- 處理對象的多種狀態及其相互轉換——狀態模式(二)
- 處理對象的多種狀態及其相互轉換——狀態模式(三)
- 處理對象的多種狀態及其相互轉換——狀態模式(四)
- 處理對象的多種狀態及其相互轉換——狀態模式(五)
- 處理對象的多種狀態及其相互轉換——狀態模式(六)
- 策略模式-Strategy Pattern
- 算法的封裝與切換——策略模式(一)
- 算法的封裝與切換——策略模式(二)
- 算法的封裝與切換——策略模式(三)
- 算法的封裝與切換——策略模式(四)
- 模板方法模式-Template Method Pattern
- 模板方法模式深度解析(一)
- 模板方法模式深度解析(二)
- 模板方法模式深度解析(三)
- 訪問者模式-Visitor Pattern
- 操作復雜對象結構——訪問者模式(一)
- 操作復雜對象結構——訪問者模式(二)
- 操作復雜對象結構——訪問者模式(三)
- 操作復雜對象結構——訪問者模式(四)
- 設計模式趣味學習(復習)
- 設計模式與足球(一)
- 設計模式與足球(二)
- 設計模式與足球(三)
- 設計模式與足球(四)
- 設計模式綜合應用實例
- 多人聯機射擊游戲
- 多人聯機射擊游戲中的設計模式應用(一)
- 多人聯機射擊游戲中的設計模式應用(二)
- 數據庫同步系統
- 設計模式綜合實例分析之數據庫同步系統(一)
- 設計模式綜合實例分析之數據庫同步系統(二)
- 設計模式綜合實例分析之數據庫同步系統(三)