设计模式之里氏替换原则
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里氏替换原则(LSP)
今天来看看SOLID
中的L
, 里氏替换原则。
如何理解“里式替换原则”?
里式替换原则(Liskov Substitution Principle
),缩写为 LSP
。最早是在 1986 年由 Barbara Liskov 提出。里氏替换原则的定义:
子类对象(object of subtype/derived class)能够替换程序(program)中父类对象(object of base/parent class)出现的任何地方,并且保证原来程序的逻辑行为(behavior)不变及正确性不被破坏。
举个例子来解释。如下代码,父类UserManager
通过接口getUserInfo()
来获取存储在本地的用户信息,子类SecurityUserManager
增加了额外功能,将用户信息中的加密字段解密完成后,再返回给上层业务。
1 | public class UserManager { |
在上面的代码中,子类SecurityUserManager
的设计完全符合里氏替换原则,可以替换父类出现的任何位置,并且原来代码的逻辑行为不变且正确性也没有被破坏。
不过,你可能会有这样的疑问,刚刚的代码设计不就是简单利用了面向对象的多态特性吗?多态和里式替换原则说的是不是一回事呢?里式替换原则跟多态看起来确实有点类似,但实际上它们完全是两回事。为什么这么说呢?
现在对上面SecurityUserManager
中的接口getUserInfo()
改造一下。改造前:获取本地用户信息,如果获取出现错误,则返回nil
,获取的值为空,则返回[:]
;改造后:获取本地用户信息,出现错误或者获取的值为空,都返回[:]
1 | // 改造前: |
在改造后的代码中,如果传递给XXViewModel.getUserInfo(:)
函数的是SecurityUserManager
对象,业务层获取到的数据含义发生改变,整个程序的逻辑行为有了改变。
虽然改造之后的代码仍然可以通过多态语法,动态地用子类SecurityUserManager
来替换父类 UserManager
,也并不会导致程序编译或者运行报错。但是,从设计思路上来讲,SecurityUserManager
的设计是不符合里式替换原则的。
总结:虽然从定义描述和代码实现上来看,多态和里式替换有点类似,但它们关注的角度是不一样的。多态是面向对象编程的一大特性,也是面向对象编程语言的一种语法。它是一种代码实现的思路。而里式替换是一种设计原则,是用来指导继承关系中子类该如何设计的,子类的设计要保证在替换父类的时候,不改变原有程序的逻辑以及不破坏原有程序的正确性。
哪些代码明显违背了 LSP?
实际上,里式替换原则还有另外一个更加能落地、更有指导意义的描述,那就是“Design By Contract”,中文翻译就是“按照协议来设计”。
子类在设计的时候,要遵守父类的行为约定(或者叫协议)。父类定义了函数的行为约定,那子类可以改变函数的内部实现逻辑,但不能改变函数原有的行为约定。这里的行为约定包括:
函数声明要实现的功能;
对输入、输出、异常的约定;
注释中所罗列的任何特殊说明。
实际上,定义中父类和子类之间的关系,也可以替换成接口和实现类之间的关系。
违反里氏替换原则的例子。
子类违背父类声明要实现的功能
父类中提供的
sortOrdersByAmount()
订单排序函数,是按照金额从小到大来给订单排序的,而子类重写这个sortOrdersByAmount()
订单排序函数之后,是按照创建日期来给订单排序的。那子类的设计就违背里式替换原则。子类违背父类对输入、输出、异常的约定
在父类中,某个函数约定:运行出错的时候返回
null
;获取数据为空的时候返回空集合。而子类重载函数之后,实现变了,运行出错返回异常,获取不到数据返回null
。那子类的设计就违背里式替换原则。在父类中,某个函数约定,输入数据可以是任意整数,但子类实现的时候,只允许输入数据是正整数,负数就抛出,也就是说,子类对输入的数据的校验比父类更加严格,那子类的设计就违背了里式替换原则。
在父类中,某个函数约定,只会抛出 ArgumentNullException 异常,那子类的设计实现中只允许抛出 ArgumentNullException 异常,任何其他异常的抛出,都会导致子类违背里式替换原则。
子类违背父类注释中所罗列的任何特殊说明
父类中定义的 withdraw() 提现函数的注释是这么写的:“用户的提现金额不得超过账户余额……”,而子类重写 withdraw() 函数之后,针对 VIP 账号实现了透支提现的功能,也就是提现金额可以大于账户余额,那这个子类的设计也是不符合里式替换原则的。
以上便是三种典型的违背里式替换原则的情况。除此之外,可以拿父类的单元测试去验证子类的代码。如果某些单元测试运行失败,就有可能说明,子类的设计实现没有完全地遵守父类的约定,子类有可能违背了里式替换原则。
重点回顾
里式替换原则是用来指导,继承关系中子类该如何设计的一个原则。理解里式替换原则,最核心的就是理解“design by contract,按照协议来设计”这几个字。父类定义了函数的“约定”(或者叫协议),那子类可以改变函数的内部实现逻辑,但不能改变函数原有的“约定”。这里的约定包括:函数声明要实现的功能;对输入、输出、异常的约定;甚至包括注释中所罗列的任何特殊说明。
理解里式替换原则跟多态的区别。多态和里式替换有点类似,但它们关注的角度是不一样的。多态是面向对象编程的一大特性,也是面向对象编程语言的一种语法。它是一种代码实现的思路。而里式替换是一种设计原则,用来指导继承关系中子类该如何设计,子类的设计要保证在替换父类的时候,不改变原有程序的逻辑及不破坏原有程序的正确性。