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DesignPattern系列__04里氏替换原则

程序员文章站 2023-11-21 22:36:04
1.内容引入——继承体系的思考 在继承中,凡是在父类已经实现的方法,其实算是一种契约或者规范,子类不应该在进行更改(重写);但是,由于这一点不是强制要求,所以当子类进行重写的时候,就会对继承体系产生破坏。 同时,继承带来便利的时候,也有弊端:给程序带来了侵入性,增加了对象之间的耦合性,可移植性低。当 ......

1.内容引入——继承体系的思考

在继承中,凡是在父类已经实现的方法,其实算是一种契约或者规范,子类不应该在进行更改(重写);但是,由于这一点不是强制要求,所以当子类进行重写的时候,就会对继承体系产生破坏。
同时,继承带来便利的时候,也有弊端:给程序带来了侵入性,增加了对象之间的耦合性,可移植性低。当你修改基类时,子类都需要进行相应的修改。
那么,如何能够保持继承的优点,同时减少缺点对程序的影响呢?也就是我们要讨论的主角——“里氏替换原则”。

2.里氏替换原则的定义

1.第一种定义

如果对每一个类型为s的对象o1, 都用类型为t的对象o2, 使得以t定义的所有程序p在所有的对象o1都替换为o2时,程序p的行为没有发生变化,那么类型s是类型t的子类型。

2.第二种定义

所有引用基类的地方都必须能透明地使用其子类进行替换。

第二种类型通俗易懂,就是说,只要父类出现的地方,都应该能用其子类进行替换。 但是反过来却不一定成立,也就是子类所在的地方替换成父类,是不一定成立的。

根据定义,我们总结出以下几点:

1.子类必须实现父类定义的抽象方法。对于父类已经实现的非抽象方法,不应该进行重写。

结合代码理解一下:

public abstract class superclass {
    public abstract void sayhi();
    public void dosomething() {
        system.out.println("父类被执行...");
    }
    
    //定义一个加法运算函数
    public int add(int i, int j) {
        int result = i + j;
        system.out.println("result = " + result);
        return result;
    }
}

public class subclass extends superclass {
    @override
    public void sayhi() {
        system.out.println("子类重写了父类的sayhi方法...");
    }

    //子类特有的方法
    public void selfmethod() {
        system.out.println("子类特有的方法");
    }

    //子类重写了父类的非抽象加法运算方法
    @override
    public int add(int i, int j) {
        int result = i - j;
        system.out.println("result = " + result);
        return result;
    }

}

public class client {
    public static void main(string[] args) {
        superclass clazz = new subclass();
        clazz.dosomething();
        subclass subclass = new subclass();
        //子类调用自己的方法
        subclass.selfmethod();
        superclass superclass = (superclass) subclass;
        superclass.add(11,22);
    }
}

//运行结果如下:
父类被执行...
子类特有的方法
result = -11

当你继承一个基类时,编译器会要求你来实现基类的抽象方法,否则,会报错。
但是,对于已经实现的方法,编译器便不会强制让你去重写(也不推荐这样做):在上面的demo中,子类重写了父类的add方法,在调用时,出现了错误(基类定义的加法逻辑,被子类重写为了一个减法)。这样子,在父类出现的地方,不能由子类完全替换,违背了“里氏替换原则”。

2.子类可以有自己的方法。

在上面的demo中,子类定义了特有的方法selfmethod(),可以实现其他的业务逻辑。

   //子类特有的方法
    public void selfmethod() {
        system.out.println("子类特有的方法");
    }

3.当子类覆盖或实现父类的方法时,前置条件(形参)可以比父类方法的输入参数更宽松。

下来看一下demo:

public class father {
    public collection dosomething(hashmap map) {
        system.out.println("父类被执行...");
        return map.values();
    }
}

public class son extends father {
     public collection dosomething(map map) {
        system.out.println("子类被执行...");
        return map.values();
    }
}

public class client1 {
    public static void main(string[] args) {
        invoke();
    }

    public static void invoke() {
//        father clazz = new father();
        son clazz = new son();
        hashmap hashmap = new hashmap();
        clazz.dosothing(hashmap);
    }

//运行结果:父类执行...

在demo中,基类定义了一个dosomething方法,接受的形参类型为hashmap,子类重载了基类的这个方法,并且将接受的形参类型扩展为map。但是,我们发现,在父类出现的地方,替换为子类后,运行的结果不变。也就是说,子类对象在方法执行时被替换为父类对象,重载的方法并未被执行。如果想要执行子类的方法,就必须重写,这是正确的。
如果反过来呢?下面通过反证来证明第三点:
当子类的方法中的前置条件比父类小的时候,情况会怎么样呢?
在父类和子类中重新定义这两个方法,符合子类的前置条件小于父类这一条件即可。

   //修改父类的方法,前置条件扩大为map
    public collection dosomething(map map) {
        system.out.println("父类被执行...");
        return map.values();
    }

   //修改子类,前置条件缩小为hashmap
    public collection dosomething(hashmap map) {
        system.out.println("子类被执行...");
        return map.values();
    }

当客户端的invoke()方法中,通过father类型调用dosomething方法时,运行结果如下:
//运行结果: 父类执行****
将对象换成son类型时,执行结果时:

 public static void invoke() {
//        father clazz = new father();
        son clazz = new son();
        hashmap hashmap = new hashmap();
        clazz.dosothing(hashmap);
    }

//执行结果: 子类被执行...

我们看到了,子类并没有重写父类的方法,但是子类的方法被执行了(这是因为调用方法时,优先选择参数类型一致的方法,也就是重载方法,找不到的话才去找类型为形参的基类的方法),但是,这个现象在逻辑上面是错误的。

4.当子类的方法实现父类的抽象方法时,方法的后置条件(即方法的返回值)要比父类更严格。

这一点是重写的要求之一,在这里就用代码展示了。

最佳实践

在前面的示例中,我们在子类subclass中不小心重写了基类supclass已经实现的方法add(),导致出现了逻辑错误。

1.在实际的使用中,我们要尽量避免重写父类已经实现的方法。

2.在适当的情况下减少使用继承,多使用聚合、组合、依赖等解决问题。