# 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。