设计模式 - 七大设计原则（三）- 迪米特法则与里氏替换原则

概述

简单介绍一下七大设计原则：

1. 开闭原则：是所有面向对象设计的核心，对扩展开放，对修改关闭
2. 依赖倒置原则：针对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体
3. 单一职责原则：一个接口只负责一件事情，只能有一个原因导致类变化
4. 接口隔离原则：使用多个专门的接口，而不是使用一个总接口
5. 迪米特法则（最少知道原则）：只和朋友交流（成员变量、方法输入输出参数），不和陌生人说话，控制好访问修饰符
6. 里氏替换原则：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能
7. 合成复用原则：尽量使用对象组合(has-a)/聚合(contanis-a)，而不是继承关系达到软件复用的目的

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迪米特法则

定义

迪米特原则(law of demeter lod)是指一个对象应该对其他对象保持最少的了解，又 叫最少知道原则(least knowledge principle,lkp)，尽量降低类与类之间的耦合。

迪米特原则主要强调只和朋友交流，不和陌生人说话。出现在成员变量、方法的输入、输 出参数中的类都可以称之为成员朋友类，而出现在方法体内部的类不属于朋友类。

示例

现在来设计一个权限系统，boss 需要查看目前发布到线上的课程数量。这时候，boss 要找到 teamleader 去进行统计，teamleader 再把统计结果告诉 boss。接下来我们还 是来看代码:

course类：

/**
 * @author eamon.zhang
 * @date 2019-09-26 上午9:17
 */
public class course {
}

teamleader 类：

/**
 * @author eamon.zhang
 * @date 2019-09-26 上午9:17
 */
public class teamleader {
    public void checknumberofcourses(list<course> courselist) {
        system.out.println("目前已发布的课程数量是:" + courselist.size());
    }
}

boss 类：

/**
 * @author eamon.zhang
 * @date 2019-09-26 上午9:17
 */
public class boss {
    public void commandchecknumber(teamleader teamleader) {
        //模拟 boss 一页一页往下翻页，teamleader 实时统计
        list<course> courselist = new arraylist<course>();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            courselist.add(new course());
        }
        teamleader.checknumberofcourses(courselist);
    }
}

测试代码：

public static void main(string[] args) {
    boss boss = new boss();
    teamleader teamleader = new teamleader();
    boss.commandchecknumber(teamleader);
}

写到这里，其实功能已经都已经实现，代码看上去也没什么问题。根据迪米特原则，boss 只想要结果，不需要跟 course 产生直接的交流。而 teamleader 统计需要引用 course 对象。boss 和 course 并不是朋友，从下面的类图就可以看出来:

下面来对代码进行改造:
teamleader类：

/**
 * @author eamon.zhang
 * @date 2019-09-26 上午9:17
 */
public class teamleader {
    public void checknumberofcourses() {
        list<course> courselist = new arraylist<course>();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            courselist.add(new course());
        }
        system.out.println("目前已发布的课程数量是:" + courselist.size());
    }
}

boss 类：

/**
 * @author eamon.zhang
 * @date 2019-09-26 上午9:17
 */
public class boss {
    public void commandchecknumber(teamleader teamleader) {
        teamleader.checknumberofcourses();
    }
}

再来看下面的类图，course 和 boss 已经没有关联了。

学习软件设计原则，千万不能形成强迫症。碰到业务复杂的场景，我们需要随机应变。

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里氏替换原则

定义

里氏替换原则(liskov substitution principle,lsp)是指如果对每一个类型为 t1 的对 象 o1,都有类型为 t2 的对象 o2,使得以 t1 定义的所有程序 p 在所有的对象 o1 都替换成 o2 时，程序 p 的行为没有发生变化，那么类型 t2 是类型 t1 的子类型。

定义看上去还是比较抽象，我们重新理解一下，可以理解为一个软件实体如果适用一个 父类的话，那一定是适用于其子类，所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象，子类对象能够替换父类对象，而程序逻辑不变。根据这个理解，我们总结一下:

引申含义：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。

1. 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。
2. 子类中可以增加自己特有的方法。
3. 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。
4. 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)要比父类更严格或相等。

示例

在前面讲开闭原则的时候埋下了一个伏笔，我们记得在获取折后时重写覆盖了父类的 getprice()方法，增加了一个获取原价格的方法 getoriginprice()，显然就违背了里氏替换 原则。我们修改一下代码，不应该覆盖 getprice()方法，增加 getdiscountprice()方法:

/**
 * @author eamon.zhang
 * @date 2019-09-25 上午10:36
 */
public class noveldiscountbook extends novelbook {
    public noveldiscountbook(string name, int price, string author) {
        super(name, price, author);
    }

    public double getdiscountprice(){
        return super.getprice() * 0.85;
    }
}

使用里氏替换原则有以下优点:

1. 约束继承泛滥，开闭原则的一种体现。
2. 加强程序的健壮性，同时变更时也可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、扩 展性。降低需求变更时引入的风险。

现在来描述一个经典的业务场景，用正方形、矩形和四边形的关系说明里氏替换原则， 我们都知道正方形是一个特殊的长方形，那么就可以创建一个长方形父类 rectangle 类:

/**
 * @author eamon.zhang
 * @date 2019-09-26 上午9:59
 */
public class rectangle {
    private long height;
    private long width;

    public long getheight() {
        return height;
    }

    public void setheight(long height) {
        this.height = height;
    }

    public long getwidth() {
        return width;
    }

    public void setwidth(long width) {
        this.width = width;
    }
}

创建正方形 square 类继承长方形:

/**
 * @author eamon.zhang
 * @date 2019-09-26 上午10:01
 */
public class square extends rectangle {
    private long length;

    public long getlength() {
        return length;
    }

    public void setlength(long length) {
        this.length = length;
    }

    @override
    public long getheight() {
        return super.getheight();
    }

    @override
    public void setheight(long height) {
        super.setheight(height);
    }

    @override
    public long getwidth() {
        return super.getwidth();
    }

    @override
    public void setwidth(long width) {
        super.setwidth(width);
    }
}

在测试类中创建 resize()方法，根据逻辑长方形的宽应该大于等于高，我们让高一直自增， 知道高等于宽变成正方形:

 public static void resize(rectangle rectangle) {
    while (rectangle.getwidth() >= rectangle.getheight()) {
        rectangle.setheight(rectangle.getheight() + 1);
        system.out.println("width:" + rectangle.getwidth() + ",height:" + rectangle.getheight());
    }
    system.out.println("resize 方法结束" +
            "\nwidth:" + rectangle.getwidth() + ",height:" + rectangle.getheight());
}

测试代码:

public static void main(string[] args) {
    rectangle rectangle = new rectangle();
    rectangle.setwidth(20);
    rectangle.setheight(10);
    resize(rectangle);
}

运行结果:

发现高比宽还大了，在长方形中是一种非常正常的情况。现在我们再来看下面的代码， 把长方形 rectangle 替换成它的子类正方形 square，修改测试代码:

public static void main(string[] args) {
    square square = new square();
    square.setlength(10);
    resize(square);
}

这时候我们运行的时候就出现了死循环，违背了里氏替换原则，将父类替换为子类后， 程序运行结果没有达到预期。因此，我们的代码设计是存在一定风险的。里氏替换原则 只存在父类与子类之间，约束继承泛滥。我们再来创建一个基于长方形与正方形共同的 抽象四边形 quadrangle 接口:

/**
 * @author eamon.zhang
 * @date 2019-09-26 上午10:12
 */
public interface quadrangle {
    long getwidth();

    long getheight();
}

修改长方形 rectangle 类:

/**
 * @author eamon.zhang
 * @date 2019-09-26 上午9:59
 */
public class rectangle implements quadrangle {
    private long height;
    private long width;

    @override
    public long getwidth() {
        return width;
    }

    public long getheight() {
        return height;
    }

    public void setheight(long height) {
        this.height = height;
    }

    public void setwidth(long width) {
        this.width = width;
    }
}

修改正方形类 square 类:

/**
 * @author eamon.zhang
 * @date 2019-09-26 上午10:01
 */
public class square implements quadrangle {
    private long length;

    public long getlength() {
        return length;
    }

    public void setlength(long length) {
        this.length = length;
    }

    @override
    public long getwidth() {
        return length;
    }

    @override
    public long getheight() {
        return length;
    }
}

此时，如果我们把 resize()方法的参数换成四边形 quadrangle 类，方法内部就会报错。

因为正方形 square 已经没有了 setwidth()和 setheight()方法了。因此，为了约束继承 泛滥，resize()的方法参数只能用 rectangle 长方形。当然，我们在后面的设计模式系列文章中 中还会继续深入讲解。