我听说利斯科夫替换原则(LSP)是面向对象设计的基本原则。它是什么?它的一些使用例子是什么?


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到目前为止,我发现LSP最清晰的解释是“利斯科夫替换原则说,派生类的对象应该能够替换基类的对象,而不会给系统带来任何错误,也不会修改基类的行为”。文中给出了违反LSP的代码示例并进行了修复。

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一些补充:我想知道为什么没有人写基类的不变量、前提条件和后置条件,这些派生类必须遵守。 对于派生类D来说,基类B完全可转换,类D必须服从某些条件:

基类的内变体必须由派生类保留 派生类不能加强基类的先决条件 派生类不能削弱基类的后置条件。

因此派生类必须知道基类施加的上述三个条件。因此,子类型的规则是预先确定的。这意味着,只有当子类型遵守某些规则时,才应该遵守'IS A'关系。这些规则,以不变量、前置条件和后置条件的形式,应该由正式的“设计契约”来决定。

关于这个问题的进一步讨论可以在我的博客:利斯科夫替换原理

LSP的这种形式太强大了:

如果对于每个类型为S的对象o1,都有一个类型为T的对象o2,使得对于所有用T定义的程序P,当o1取代o2时,P的行为不变,那么S是T的子类型。

这基本上意味着S是t的另一个完全封装的实现,我可以大胆地认为性能是P行为的一部分……

因此,基本上,任何延迟绑定的使用都违反了LSP。当我们用一种类型的对象替换另一种类型的对象时,获得不同的行为是OO的全部意义所在!

维基百科引用的公式更好,因为属性取决于上下文,并不一定包括程序的整个行为。

设q(x)是关于类型为T的x的对象的可证明属性,那么q(y)对于类型为S的对象y应该是可证明的,其中S是T的子类型。


实际上,公认的答案并不是利斯科夫原理的反例。正方形自然是一个特定的矩形,因此从类矩形继承是完全有意义的。你只需要以这样的方式实现它:

@Override
public void setHeight(double height) {
   this.height = height;
   this.width = height; // since it's a square
}

@Override
public void setWidth(double width) {
   setHeight(width);
}

所以,提供了一个很好的例子,然而,这是一个反例:

class Family:
-- getChildrenCount()

class FamilyWithKids extends Family:
-- getChildrenCount() { return childrenCount; } // always > 0

class DeadFamilyWithKids extends FamilyWithKids:
-- getChildrenCount() { return 0; }
-- getChildrenCountWhenAlive() { return childrenCountWhenAlive; }

在这个实现中,DeadFamilyWithKids不能从FamilyWithKids继承,因为getChildrenCount()返回0,而从FamilyWithKids它应该总是返回大于0的值。

在一个非常简单的句子中,我们可以说:

子类不能违背它的基类特征。它必须有能力。我们可以说这和子类型是一样的。

LSP关注不变量。

经典示例由以下伪代码声明给出(实现略):

class Rectangle {
    int getHeight()
    void setHeight(int value) {
        postcondition: width didn’t change
    }
    int getWidth()
    void setWidth(int value) {
        postcondition: height didn’t change
    }
}

class Square extends Rectangle { }

现在我们有一个问题,尽管接口匹配。原因是我们违反了源自正方形和矩形数学定义的不变量。getter和setter的工作方式,矩形应该满足以下不变量:

void invariant(Rectangle r) {
    r.setHeight(200)
    r.setWidth(100)
    assert(r.getHeight() == 200 and r.getWidth() == 100)
}

然而,Square的正确实现必须违反这个不变量(以及显式后置条件),因此它不是Rectangle的有效替代品。