設計模式學習--面向對象的5條設計原則之Liskov替換原則--LSP

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一、LSP簡介（LSP--Liskov Substitution Principle）：

定義：如果對于類型S的每一個對象o1，都有一個類型T的對象o2，使對于任意用類型T定義的程序P，將o2替換為o1，P的行為保持不變，則稱S為T的一個子類型。

子類型必須能夠替換它的基類型。LSP又稱里氏替換原則。

對于這個原則，通俗一些的理解就是，父類的方法都要在子類中實現或者重寫。

二、舉例說明：

對于依賴倒置原則，說的是父類不能依賴子類，它們都要依賴抽象類。這種依賴是我們實現代碼擴展和運行期內綁定（多態）的基礎。因為一旦類的使用者依賴某個具體的類，那么對該依賴的擴展就無從談起；而依賴某個抽象類，則只要實現了該抽象類的子類，都可以被類的使用者使用，從而實現了系統的擴展。
但是，光有依賴倒置原則，并不一定就使我們的代碼真正具有良好的擴展性和運行期內綁定。請看下面的代碼：

public class Animal
{
    private string name;
    public Animal(string name)
    {
        this.name = name;
    }
    public void Description()
    {
        Console.WriteLine("This is a(an) " + name);
    }
}

//下面是它的子類貓類：
public class Cat : Animal
{
    public Cat(string name)
    {

    }
    public void Mew()
    {
        Console.WriteLine("The cat is saying like 'mew'");
    }
}

//下面是它的子類狗類：
public class Dog : Animal
{
public Dog(string name)
{

    }
    public void Bark()
    {
        Console.WriteLine("The dog is saying like 'bark'");
    }
}

//最后，我們來看客戶端的調用：
public void DecriptionTheAnimal(Animal animal)
{
    if (typeof(animal) is Cat)
    {
        Cat cat = (Cat)animal;
        Cat.Decription();
        Cat.Mew();
    }
    else if (typeof(animal) is Dog)
    {
        Dog dog = (Dog)animal;
        Dog.Decription();
        Dog.Bark();
    }
}

通過上面的代碼，我們可以看到雖然客戶端的依賴是對抽象的依賴，但依然這個設計的擴展性不好，運行期綁定沒有實現。
是什么原因呢？其實就是因為不滿足里氏替換原則，子類如Cat有Mew()方法父類根本沒有，Dog類有Bark()方法父類也沒有，兩個子類都不能替換父類。這樣導致了系統的擴展性不好和沒有實現運行期內綁定。

現在看來，一個系統或子系統要擁有良好的擴展性和實現運行期內綁定，有兩個必要條件：第一是依賴倒置原則；第二是里氏替換原則。這兩個原則缺一不可。

我們知道，在我們的大多數的模式中，我們都有一個共同的接口，然后子類和擴展類都去實現該接口。

下面是一段原始代碼：

if(action.Equals(“add”))
{
//do add action
}
else if(action.Equals(“view”))
{
//do view action
}
else if(action.Equals(“delete”))
{
//do delete action
}
else if(action.Equals(“modify”))
{
//do modify action
}

我們首先想到的是把這些動作分離出來，就可能寫出如下的代碼：

public class AddAction
{
    public void add()
    {
        //do add action
    }
}
public class ViewAction
{
    public void view()
    {
        //do view action
    }
}
public class deleteAction
{
    public void delete()
    {
        //do delete action
    }
}
public class ModifyAction
{
    public void modify()
    {
        //do modify action
    }
}

我們可以看到，這樣代碼將各個行為獨立出來，滿足了單一職責原則，但這遠遠不夠，因為它不滿足依賴顛倒原則和里氏替換原則。
下面我們來看看命令模式對該問題的解決方法：

public interface Action
{
    public void doAction();
}
//然后是各個實現：
public class AddAction : Action
{
    public void doAction()
    {
        //do add action
    }
}
public class ViewAction : Action
{
    public void doAction()
    {
        //do view action
    }
}
public class deleteAction : Action
{
    public void doAction()
    {
        //do delete action
    }
}
public class ModifyAction : Action
{
    public void doAction()
    {
        //do modify action
    }
}
//這樣，客戶端的調用大概如下：
public void execute(Action action)
{
    action.doAction();
}

看，上面的客戶端代碼再也沒有出現過typeof這樣的語句，擴展性良好，也有了運行期內綁定的優點。

三、LSP優點：

1、保證系統或子系統有良好的擴展性。只有子類能夠完全替換父類，才能保證系統或子系統在運行期內識別子類就可以了，因而使得系統或子系統有了良好的擴展性。
2、實現運行期內綁定，即保證了面向對象多態性的順利進行。這節省了大量的代碼重復或冗余。避免了類似instanceof這樣的語句，或者getClass()這樣的語句，這些語句是面向對象所忌諱的。
3、有利于實現契約式編程。契約式編程有利于系統的分析和設計，指我們在分析和設計的時候，定義好系統的接口，然后再編碼的時候實現這些接口即可。在父類里定義好子類需要實現的功能，而子類只要實現這些功能即可。

四、使用LSP注意點：

1、此原則和OCP的作用有點類似，其實這些面向對象的基本原則就2條：1：面向接口編程，而不是面向實現；2：用組合而不主張用繼承

2、LSP是保證OCP的重要原則
3、這些基本的原則在實現方法上也有個共同層次，就是使用中間接口層，以此來達到類對象的低偶合，也就是抽象偶合！

4、派生類的退化函數：派生類的某些函數退化（變得沒有用處），Base的使用者不知道不能調用f，會導致替換違規。在派生類中存在退化函數并不總是表示違反了LSP，但是當存在這種情況時，應該引起注意。
5、從派生類拋出異常：如果在派生類的方法中添加了其基類不會拋出的異常。如果基類的使用者不期望這些異常，那么把他們添加到派生類的方法中就可以能會導致不可替換性。