关于里氏替换原则（LSP）

里氏替换原则（LSP）的定义

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的行为没有变化，那么类型T2是类型T1的子类型。
也就是说，所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。
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。具体体现：
子类必须实现父类所有非私有的属性和方法，或子类的所有非私有属性和方法必须在父类中声明。即，子类可以有自己的“个性”，这也就是说，里氏代换原则可以正着用，不能反着用（在项目中，采用里氏替换原则时，尽量避免子类的“个性”，一旦子类有“个性”，这个子类和父类之间的关系就很难调和了）。根据里氏代换原则，为了保证系统的扩展性，在程序中通常使用父类来进行定义，如果一个方法只存在子类中，在父类中不提供相应的声明，则无法在以父类定义的对象中使用该方法。尽量把父类设计为抽象类或者接口。让子类继承父类或实现父接口，并实现在父类中声明的方法，运行时，子类实例替换父类实例，我们可以很方便地扩展系统的功能，同时无须修改原有子类的代码，增加新的功能可以通过增加一个新的子类来实现。

里氏替换原则的要求

子类可以实现父类的抽象方法，当不能覆盖子类的非抽象方法。
子类中可以增加自己特有的方法。
当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的形参）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。

例子

我们写了一个针对所有车型的抽象类，限制了速度的上限。并且定义了一个方法，刹车。对于该方法，要求前置条件输入必须为0，后置条件要求速度必须对比之前降低。

abstract class Vehicle {
 
 
 int speed, limit;
 //@ invariant speed < limit;
 //@ requires speed != 0;
 //@ ensures speed < \old(speed)
 void brake();
}

接着我们实现一个子类汽车继承该抽象类

class Car extends Vehicle {
 int fuel;
 boolean engineOn;
 //@ invariant speed < limit;
 //@ invariant fuel >= 0; 
 //@ requires fuel > 0 && !engineOn;
 //@ ensures engineOn;
 void start() { … }
 void accelerate() { … }
 //@ requires speed != 0;
 //@ ensures speed < \old(speed)
 void brake() { … }
}

可以看出，在汽车这个子类中，它的不变性相对于父类增强了。前置条件和后置条件的强度并没有改变，这符合LSP原则的定义。
接下来，再看下面的例子
还是以车为例

class Car extends Vehicle {
 int fuel;
 boolean engineOn;
 //@ invariant speed < limit;
 //@ invariant fuel >= 0;
 //@ requires fuel > 0 && !engineOn;
 //@ ensures engineOn;
 void start() { … }
 void accelerate() { … }
 //@ requires speed != 0;
 //@ ensures speed < \old(speed)
 void brake() { … }
}

class Hybrid extends Car {
 int charge;
 //@ invariant charge >= 0;
 //@ requires (charge > 0 
|| fuel > 0) && !engineOn;
 //@ ensures engineOn;
 void start() { … }
 void accelerate() { … }
 //@ requires speed != 0;
 //@ ensures speed < \old(speed)
 //@ ensures charge > \old(charge)
 void brake() { … }
}

在这个例子中，子类混合动力车继承自汽车类，可以看到子类重写了引擎方法。在父类中要求前置条件必须保证有原料。但是在子类中放宽了条件，只需要保证有燃料或者有电能即可。这符合LSP原则。同时可以发现，对于刹车方法后置条件增强了。也符合LSP原则。

为什么要符合LSP

在项目中，采用LSP原则，可以有效的避免子类的“个性”，一旦子类有“个性”，子类和父类之间的关系就很难调和，采用LSP原则可以提高代码的健壮性、复用性、降低耦合性以及便于扩充功能。