3.6　里氏替换原则

3.6.1　里氏替换原则的定义

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）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。

定义看上去比较抽象，我们重新解释一下，可以理解为一个软件实体如果适用于一个父类，则一定适用于其子类，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。也可以理解为，子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。根据这个理解，我们对里氏替换原则的定义总结如下。

（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（即方法的输入参数）要比父类的方法更宽松。

（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）要比父类的方法更严格或相等。

3.6.2　使用里氏替换原则解决实际问题

在讲开闭原则的时候，我们埋下了一个伏笔。我们在获取折扣价格后重写覆盖了父类的getPrice（）方法，增加了一个获取源码的方法getOriginPrice（），这显然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。

使用里氏替换原则有以下优点。

（1）约束继承泛滥，是开闭原则的一种体现。

（2）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。

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，那么可以创建一个长方形的父类Rectangle类，代码如下。

创建正方形Square类继承长方形，代码如下。

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，直到高等于宽变成正方形，代码如下。

客户端测试代码如下。

运行结果如下所示。

由运行结果可知，高比宽还大，这在长方形中是一种非常正常的情况。再来看下面的代码，把长方形替换成它的子类正方形，修改客户端测试代码如下。

此时，运行出现了死循环，违背了里氏替换原则，在将父类替换为子类后，程序运行结果没有达到预期。因此，代码设计是存在一定风险的。里氏替换原则只存在于父类与子类之间，约束继承泛滥。再来创建一个基于长方形与正方形共同的抽象——四边形QuardRangle接口，代码如下。

修改长方形Rectangle类的代码如下。

修改正方形Square类的代码如下。

此时，如果把resize（）方法的参数换成四边形QuardRangle类，方法内部就会报错。因为正方形已经没有了setWidth（）和setHeight（）方法，所以，为了约束继承泛滥，resize（）方法的参数只能用长方形Rectangle类。