Java七大设计原则(3/7)——里氏替换原则

里氏代换原则，任何基类可以使用的地方，子类一定可以使用。但反过来不一定成立，子类出现的地方，基类不一定能使用。即子类可以拓展父类，但不能更改父类原有的功能。

• 子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。
• 子类可以增加自己特有的方法。
• 当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的输入/入参）要比父类方法的输入参数更宽松。
• 当子类的方法实现父类的方法时（重写/重载或实现抽象方法），方法的后置条件（即方法的输出/返回值）要比父类更严格或与父类一样

后两句可以概括为：接受的参数（类型）范围比父类大，返回的参数（类型）范围比父类小

• 里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一；
• 解决了继承中重写父类造成的可复用性变差的问题；
• 是动作正确性的保证，即类的扩展不会给已有的系统引入新的错误，降低了代码出错的可能性；
• 加强程序的健壮性，同时变更时可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、可扩展性，降低需求变更时引入的风险。

假设有一个燕子和一个企鹅，它们都是鸟，但是企鹅不会飞。

现在要计算它们移动一定距离所需的时间。

定义Bird类

public class Bird {
    double flySpeed;

    public void setFlySpeed(double speed) {
        this.flySpeed = speed;
    }

    public double getFlyTime(double distance){`在这里插入代码片`
        return distance/flySpeed;
    }
}

定义Swallow类

public class Swallow extends Bird{

}

定义Penguin类

public class Penguin extends Bird {
    @Override
    public void setFlySpeed(double speed) {
        this.flySpeed = 0;
    }
}

测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Bird swallow = new Swallow();
        Bird penguin = new Penguin();
        swallow.setFlySpeed(180);
        penguin.setFlySpeed(180);
        System.out.println("飞行距离为300公里");
        System.out.println("swallow将飞行 "+swallow.getFlyTime(300)+" 小时");
        System.out.println("penguin将飞行 "+penguin.getFlyTime(300)+" 小时");
    }
}

结果为
很明显，这不是想要的结果，因为企鹅不会飞，它的飞行速度为0，所以结果才会显示 Infinity。

再来看看使用里氏替换原则是怎样的

这里把Bird类和Penguin类进一步抽象，定义一个Animal类。

Animal类有一个 runSpeed 属性，这很合理，毕竟鸟也能 run 嘛。

public class Animal {
    double runSpeed;

    public void setRunSpeed(double runSpeed) {
        this.runSpeed = runSpeed;
    }

    public double getRunTime(double distance) {
        return distance/runSpeed;
    }
}

再定义Brid类，Bird类继承Animal类，Bird类有自己的 flySpeed 属性

public class Bird extends Animal{
    double flySpeed;

    public void setFlySpeed(double flySpeed) {
        this.flySpeed = flySpeed;
    }

    public double getFlyTime(double distance) {
        return distance/flySpeed;
    }
}

再定义Swallow类与Penguin类，分别继承Bird类和Animal类。

这里Swallow就有 runSpeed 属性和 flySpeed 属性了，而因为Penguin不能飞，所以它只有 runSpeed 属性

public class Swallow extends Bird{
}

public class Penguin extends Animal{
}

测试

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Bird swallow = new Swallow();
        Animal penguin = new Penguin();
        swallow.setFlySpeed(120);
        penguin.setRunSpeed(20);
        System.out.println("如果移动300公里：");
        System.out.println("swallow将移动：" + swallow.getFlyTime(300) + "小时");
        System.out.println("penguin将移动：" + penguin.getRunTime(300) + "小时");
    }
}

输出结果

这里才是符合预期的地方。

这个例子展示了里氏替换原则作用之一——保证动作正确性，其实里氏替换原则还能做更多事情。