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动机

当我们设计程序模块时，我们会创建一些类层次结构，然后我们通过扩展一些类来创建它们的子类。

我们必须确保子类只是扩展而没有替换父类的功能，否则当我们在已有程序模块中使用它们时将会产生不可预料的结果。

里氏代换原则表明当一个程序模块使用基类时，基类的引用可以被子类替换而不影响模块的功能。

里氏代换原则

基类完全能够被子类替代而不影响模块的功能。

实例

对于多态来说里氏代换原则好像是很显然的事情，例如：

Java代码
 

1. public void drawShape(Shape s) {   
2. // Code here.   
3. }  

public void drawShape(Shape s) {
// Code here.
}

对于Shape的任何子类来说，drawShape方法都应该能很好的工作。我们必须小心的实现子类以免无意中违反了里氏代换原则，如果一个函数不满足里氏代换原则，那么它可能必须显式地引用子类对象，这样的函数同样违反了开闭原则，因为当添加新的子类时，必须修改它。

考虑下面的矩形类：// A very nice Rectangle class.<br /> public class Rectangle {<br /> private double width;<br /> private double height;<br /> public Rectangle(double w, double h) {<br /> width = w;<br /> height = h;<br /> }<br /> public double getWidth() {return width;}<br /> public double getHeight() {return height;}<br /> public void setWidth(double w) {width = w;}<br /> public void setHeight(double h) {height = h;}<br /> public double area() {return (width * height);<br /> }<br />   

现在，如果有个正方形呢？显然正方形是一个矩形，所以我们应该让正方形继承矩形类，是这样吗？我们看一下！

注意：

• 正方形不需要同时具有宽和高属性，但是它还是从矩形继承了这些属性。所以，每个正方形都浪费了一点空间，但这不是我们关注的主要问题。
• 继承而来的setWidth()和setHeight()方法实际上对于正方形是不合适的，因为正方形的宽和高是相等的。所以我们需要重写setWidth()和setHeight()方法，这可能暗示着在这儿并不适合使用继承。

下面是Square类：// A Square class.<br /> public class Square extends Rectangle {<br /> public Square(double s) {super(s, s);}<br /> public void setWidth(double w) {<br /> super.setWidth(w);<br /> super.setHeight(w);<br /> }<br /> public void setHeight(double h) {<br /> super.setHeight(h);<br /> super.setWidth(h);<br /> }<br /> }<br />   

一切看上去都很好，但是注意下面的代码：public class TestRectangle {<br /> // Define a method that takes a Rectangle reference.<br /> public static void testLSP(Rectangle r) {<br /> r.setWidth(4.0);<br /> r.setHeight(5.0);<br /> System.out.println("Width is 4.0 and Height is 5.0" +<br /> ", so Area is " + r.area());<br /> if (r.area() == 20.0)<br /> System.out.println("Looking good!/n");<br /> else<br /> System.out.println("Huh?? What kind of rectangle is<br /> this??/n");<br /> }</p> <p> public static void main(String args[]) {<br /> // Create a Rectangle and a Square<br /> Rectangle r = new Rectangle(1.0, 1.0);<br /> Square s = new Square(1.0);<br /> // Now call the method above. According to the<br /> // LSP, it should work for either Rectangles or<br /> // Squares. Does it??<br /> testLSP(r);<br /> testLSP(s);<br /> }<br /> }<br />   

测试程序输出：Width is 4.0 and Height is 5.0, so Area is 20.0<br /> Looking good!<br /> Width is 4.0 and Height is 5.0, so Area is 25.0<br /> Huh?? What kind of rectangle is this??<br />   

看起来我们违反了里氏代换原则，问题在哪儿？testLSP()方法合理的假设当一个矩形的宽改变时，它的高度不变。当传递一个正方形对象时，该方法却违反了里氏代换原则。从数学上看，正方形是一个矩形，但是一个正方形对象却不是矩形对象，因为一个正方形对象的行为和一个矩形对象的行为不一致。从行为上来说，正方形不是矩形！里氏代换原则清晰的说明，IS-A关系是对于所有的行为来说的，为了遵循里氏代换原则，子类的行为必须和客户端使用的基类的行为一致。

子类不能比基类具有更多的约束，因为必须在任何可以使用基类的地方使用子类，如果子类比基类有更多的约束，那么就会出现基类可用，但却违反了子类约束的情况。

总结

里氏代换原则是对开闭原则的扩展，它表明我们在创建基类的新的子类时，不应该改变基类的行为。