大话设计模式-里氏代换原则

里氏代换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）

概念

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一，由美国计算机科学家芭芭拉·利斯科夫（Barbara Liskov）提出。这个原则定义了子类型之间的关系，确保在软件中，我们可以将父类对象替换为子类对象，而不会影响程序的正确性。它在原文中的定义是这样的：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 都代换成 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。

简单来说，就是子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。也就是说：子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能 P2 外，还要保证通过重写父类的方法完成原有功能 P1 时，子类的方法行为要和父类的一致。

而在Java中，我们通常通过继承来创建子类。根据里氏代换原则，我们需要确保子类的行为和父类的行为一致。这意味着：

1. 子类可以增加新的方法，但是不能覆盖父类的方法改变原有的行为。
2. 子类可以覆盖父类的方法改进原有的行为，但是结果应该和父类的结果一致。

优缺点

遵循LSP的优点：

1. 增强可扩展性：如果子类能够替换父类而不改变程序的行为，那么我们可以在不修改现有代码的情况下，通过添加新的子类来扩展系统的功能。
2. 提高代码的可读性和可维护性：遵循LSP可以使代码更容易理解和维护。因为如果子类和父类的行为一致，那么我们就可以理解子类的行为，而不需要查看子类的实现。
3. 提高代码的复用性：如果子类可以替换父类，那么我们可以在不同的上下文中复用父类和子类，而不需要担心它们的行为不一致。

违反LSP的坏处：

1. 破坏封装性：如果子类改变了父类的行为，那么使用父类的代码可能会因为子类的行为不一致而出错。这就破坏了封装性，使得代码的维护变得困难。
2. 增加代码的复杂性：如果子类和父类的行为不一致，那么我们在理解和使用这些类时，就需要考虑它们的差异，这会增加代码的复杂性。
3. 降低代码的可扩展性：如果子类改变了父类的行为，那么我们在扩展系统功能时，就需要考虑这些行为的差异，这会降低代码的可扩展性。

例子

假设我们有一个父类Bird和一个子类Penguin：

class Bird {
    void fly() {
        System.out.println("I can fly");
    }
}

class Penguin extends Bird {
    @Override
    void fly() {
        throw new UnsupportedOperationException("Penguins can't fly");
    }
}

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在这个例子中，Penguin是Bird的子类，但是它覆盖了fly方法并抛出了异常，因为企鹅不能飞。这违反了里氏代换原则，因为我们不能将Bird对象替换为Penguin对象而不改变程序的行为。
通常来讲，里氏代换原则和依赖倒置原则二者相辅相成，依赖倒置原则也叫依赖倒转原则，在我们后续的文章中有详细介绍。
总的来说，遵循里氏代换原则可以帮助我们设计出更健壮、可维护和可扩展的系统。而违反这个原则可能会导致代码的复杂性增加，维护和扩展变得困难。