利斯科夫替换原理

(固体)

继承子类型化

维基里斯科夫替换原理(LSP)

在子类型中不能加强先决条件。 后置条件不能在子类型中减弱。 超类型的不变量必须保留在子类型中。

子类型不应该要求调用者提供比超类型更多的(先决条件) 子类型不应该为小于超类型的调用者公开(后置条件)

*前置条件+后置条件=函数(方法)类型[Swift函数类型。Swift函数与方法

//Swift function
func foo(parameter: Class1) -> Class2

//function type
(Class1) -> Class2

//Precondition
Class1

//Postcondition
Class2

例子

//C3 -> C2 -> C1

class C1 {}
class C2: C1 {}
class C3: C2 {}

前提条件(如。函数参数类型)可以相同或更弱(力求-> C1) 后置条件(如。函数返回类型)可以相同或更强(力求-> C3) 超类型的不变变量[About]应该保持不变

斯威夫特

class A {
    func foo(a: C2) -> C2 {
        return C2()
    }
}

class B: A {
    override func foo(a: C1) -> C3 {
        return C3()
    }
}

Java

class A {
    public C2 foo(C2 a) {
        return new C2();
    }
}

class B extends A {
    @Override
    public C3 foo(C2 a) { //You are available pass only C2 as parameter
        return new C3();
    }
}

行为子类型化

维基里斯科夫替换原理(LSP)

子类型中方法参数类型的逆变性。子类型中方法返回类型的协方差。 子类型中的方法不能引发新的异常，除非它们是超类型的方法引发的异常的子类型。

[方差，协方差，逆变，不变性]

假设我们在代码中使用了一个矩形

r = new Rectangle();
// ...
r.setDimensions(1,2);
r.fill(colors.red());
canvas.draw(r);

在几何课上，我们学过正方形是一种特殊类型的矩形，因为它的长宽相等。让我们根据下面的信息创建一个Square类:

class Square extends Rectangle {
    setDimensions(width, height){
        assert(width == height);
        super.setDimensions(width, height);
    }
} 

如果我们在第一个代码中将矩形替换为正方形，那么它将会中断:

r = new Square();
// ...
r.setDimensions(1,2); // assertion width == height failed
r.fill(colors.red());
canvas.draw(r);

这是因为正方形有一个我们在矩形类中没有的新前提条件:width == height。根据LSP，矩形实例应该被矩形子类实例替代。这是因为这些实例通过了矩形实例的类型检查，因此它们将在代码中导致意外错误。

这是wiki文章中“在子类型中不能加强先决条件”部分的一个例子。因此，总而言之，违反LSP可能会在某些时候导致代码错误。

关于LSP的一个很好的例子(在我最近听到的播客中，Bob叔叔给出了一个例子)是，有时候在自然语言中听起来正确的东西在代码中却不太适用。

在数学中，正方形是长方形。实际上，它是矩形的专门化。“is a”使您想用继承来建模。然而，如果在代码中你从Rectangle派生出Square，那么Square应该可以在任何你想要Rectangle的地方使用。这就导致了一些奇怪的行为。

假设你在你的Rectangle基类上有SetWidth和SetHeight方法;这似乎完全合乎逻辑。然而，如果你的矩形引用指向一个正方形，那么SetWidth和SetHeight没有意义，因为设置一个会改变另一个来匹配它。在这种情况下，Square未能通过矩形的利斯科夫替换测试，并且让Square继承Rectangle的抽象是一个糟糕的抽象。

你们都应该看看其他用励志海报解释的无价的坚实原则。

利科夫替换原则指出，如果程序模块使用基类，则基类的引用可以被派生类替换，而不会影响程序模块的功能。

派生类型必须能够完全替代它们的基类型。

示例- java中的协变返回类型。

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。

Liskov's Substitution Principle(LSP) All the time we design a program module and we create some class hierarchies. Then we extend some classes creating some derived classes. We must make sure that the new derived classes just extend without replacing the functionality of old classes. Otherwise, the new classes can produce undesired effects when they are used in existing program modules. Liskov's Substitution Principle states that if a program module is using a Base class, then the reference to the Base class can be replaced with a Derived class without affecting the functionality of the program module.

例子:

Below is the classic example for which the Liskov's Substitution Principle is violated. In the example, 2 classes are used: Rectangle and Square. Let's assume that the Rectangle object is used somewhere in the application. We extend the application and add the Square class. The square class is returned by a factory pattern, based on some conditions and we don't know the exact what type of object will be returned. But we know it's a Rectangle. We get the rectangle object, set the width to 5 and height to 10 and get the area. For a rectangle with width 5 and height 10, the area should be 50. Instead, the result will be 100

    // Violation of Likov's Substitution Principle
class Rectangle {
    protected int m_width;
    protected int m_height;

    public void setWidth(int width) {
        m_width = width;
    }

    public void setHeight(int height) {
        m_height = height;
    }

    public int getWidth() {
        return m_width;
    }

    public int getHeight() {
        return m_height;
    }

    public int getArea() {
        return m_width * m_height;
    }
}

class Square extends Rectangle {
    public void setWidth(int width) {
        m_width = width;
        m_height = width;
    }

    public void setHeight(int height) {
        m_width = height;
        m_height = height;
    }

}

class LspTest {
    private static Rectangle getNewRectangle() {
        // it can be an object returned by some factory ...
        return new Square();
    }

    public static void main(String args[]) {
        Rectangle r = LspTest.getNewRectangle();

        r.setWidth(5);
        r.setHeight(10);
        // user knows that r it's a rectangle.
        // It assumes that he's able to set the width and height as for the base
        // class

        System.out.println(r.getArea());
        // now he's surprised to see that the area is 100 instead of 50.
    }
}

结论: 这个原则只是开闭原则的延伸 意味着我们必须确保新的派生类正在扩展 基类而不改变它们的行为。

参见:开闭原则

对于更好的结构，还有一些类似的概念:约定优于配置