Java OOP之里氏替换原则

里氏替换原则

概念

里氏代换原则(Liskov Substitution Principle LSP)面向对象设计的基本原则之一，指在继承中，创建父类引用指向子类实例，确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立。

里氏替换原则主要阐述了有关继承的一些原则，也就是什么时候应该使用继承，什么时候不应该使用继承，以及其中蕴含的原理。里氏替换原则是继承复用的基础，它反映了基类与子类之间的关系，是对开闭原则的补充，是对实现抽象化的具体步骤的规范。

作用

里氏替换原则的主要作用如下。

里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一。
克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点。
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。

里氏替换原则的实现方法

里氏替换原则通俗来讲就是：子类可以扩展父类的功能，但尽量不改变父类原有的功能。
总结：
在继承过程中

子类可以实现父类的抽象方法，但尽量不要覆盖父类的非抽象方法
子类中可以增加自己特有的方法
当子类的方法重写父类的方法时，符合重写要求。

案例分析

以宠物店出售宠物为例。
需求：
（1）设计宠物类，猫类，狗类，让猫和狗继承宠物类
（2）在宠物类中定义sound方法，表示宠物的叫声，但是叫声不能由具体的行为。
（3）猫和狗重写父类的sound方法，以实现具体的叫声
代码：

class Pet {//宠物
    public void sound() throws RuntimeException{

    }
}
class Dog extends Pet {//狗

    //方法重写
    @Override
    public void sound() {
        System.out.println("汪汪汪");
    }
}
class Cat extends Pet{//猫
    //方法重写
    @Override
    public void sound() throws RuntimeException{
        System.out.println("喵喵喵");
    }
}
public class PetShop{//宠物店
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        dog.sound();
        Cat cat = new Cat();
        cat.sound();
    }
}

运行结果：
汪汪汪
喵喵喵

需求更改：使用宠物指代狗、猫，猫类拥有爬树行为。
分析：可以使用父类引用指向子类实例。
代码更改部分：

class Cat extends Pet{//猫
    //方法重写
    @Override
    public void sound() throws RuntimeException{
        System.out.println("喵喵喵");
    }
    //爬树:新添加的方法
    public void climb(){
        System.out.println("猫在爬树......");
    }
}
public class PetShop{//宠物店
    public static void main(String[] args) {
        Pet pet = null;
        pet = new Dog();//pet指向狗,让狗叫一声
        pet.sound();
        pet = new Cat();//pet指向猫,让猫叫一声
        pet.sound();
        //pet.climb();//报错，父类不能调用子类新增方法
    }
}

运行结果：
汪汪汪
喵喵喵

运行结果说明：

父类引用pet 赋值时赋的是子类对象Dog的实例。就是这行代码 pet = new Dog();与 pet = new Cat();。
发现 pet = new Dog();与 pet = new Cat(); 这两行代码 = 的右侧 new的是子类的实例，而 = 左侧是父类的引用。我们把这种情况称为“父类引用指向子类实例”。

由于父类引用指向子类实例，所以可以调用子类方法，现在让pet指向到Dog实例上去，然后pet调用sound，调用的就是Dog的sound方法，让pet指向到Cat实例上去，然后pet调用sound，调用的就是Cat的sound方法。

结论：

父类引用指向子类对象的结论：

父类引用可以代表任何其子类对象，代码表现为 Pet pet = new Dog() 或者 Pet pet = new Cat()

父类引用指向哪个子类对象，调用的方法就是哪个子类中的方法。例如:

Pet pet = new Dog();
pet.sound(); //调用Dog的sound方法
pet = new Cat();
pet.sound(); //调用Cat的sound方法

父类引用指向子类对象其实是增强了父类的功能。
父类引用只能调用子类与父类保持继承关系的方法。

特殊情况

当子类引用指向父类实例时：

public static void main(String[] args) {
     pet pet = null;
     Dog dog = pet;//报错： 子类引用dog指向父类实例
     Dog dog = (Dog)pet;//正确方法
 }

原因说明：

当子类指向父类引用时，子类会丢失数据，因此不允许转换。
如果非要转，就要强转，认可丢失的数据。Dog dog = (Dog)pet;

总结

里氏替换原则是面向对象设计的基本原则之一，阐述继承原则。
里氏替换原则中的调用规则：

子类赋给父类（父类引用指向子类实例），允许
父类赋给子类（子类引用指向父类实例），强转

里氏替换中的调用规则

父类引用只能调用子类从父类继承的方法。
当子类重写父类方法后，父类引用调用的是子类重写的方法，否则调用子类从父类继承的方法。