设计模式之里式替换原则

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1.1 介绍

肯定有很多人跟我刚看到这项原则的时候一样，对这个原则的名字充满疑惑，其实原因就是这项原则最早是在 1988 年，由麻省理工学院的一位女士（Barbara Liskov） 提出来的。

当然，这对于我们来说不是最重要的，我们需要关注的是里式替换原则本身，以及采用里式替换原则，能够为我们的开发带来什么好处。

1.2 定义

• 定义1:
  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（继承关系）。
• 定义2：
  所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。（即便替换了对象，方法的功能或者说行为没有改变，也就意味着子类只是对原有父类的功能进行了它独有的增强，本质还是做了相同的事，也就是子类可以扩展父类的功能，但是不能改变父类原有的功能）

1.3 问题由来

有一个功能 P1，由类 A 来完成，现在需要将功能 P1 进行扩展，扩展后的功能为 P，其中 P 由原有功能 P1 与新功能 P2 组成。新功能 P 由类 A 的子类 B 来完成，则子类 B 在完成新功能 P2 的同时，有可能会导致原有功能 P1 发生故障。

1.4 解决方案

当使用继承时，遵循里式替换原则。类 B 继承类 A 时，除了添加新的方法完成新增功能P2 外，尽量不要重写 A 的方法，也尽量不要重载父类 A 的方法。

继承包含这样一层含义：父类中凡是已经实现好的方法（相对于抽象方法而言），实际上是设定一系列的规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵守这些契约，但是如果子类对这些非抽象方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏，而里式替换原则就是表达了这一层含义。

继承作为面向对象的特性之一，在给程序设计带来巨大便利的同时，也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性，程序的可移植性降低，增加了对象间的耦合性，如果一个类被其他的类所继承，则当这个类需要修改时，必须考虑到所有的子类，并且父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能会产生故障。

1.5 举例说明

举例说明继承的风险，我们需要完成一个两数相减的功能，由类 A 来负责：

class A : NSObject{
    // 两数相减
    func testTwoNumDelete(a : Int, b : Int) -> Int {
        return a - b;
    }
}

let a = A()
print("100 - 50 = " + String(a.testTwoNum(a: 100, b: 50)))
print("100 - 80 = " + String(a.testTwoNum(a: 100, b: 80)))

运行结果：

100 - 50 = 50
100 - 80 = 20

1.6 举例进阶

我们现在需要增加一个新的功能：完成两数相加，然后再与 100 求和，由类 B 来负责。即类 B 需要完成两个功能：

• 两数相减
• 两数相加，然后再加 100

由于类 A 已经实现了第一个功能，所以类 B 继承类 A 后，只需要再完成第二个功能就可以了，代码如下：

class A : NSObject{
    // 两数相减
    func testTwoNumDelete(a : Int, b : Int) -> Int {
        return a - b;
    }
}

class B : A {
    
    // 两数相减
    override func testTwoNumDelete(a : Int, b : Int) -> Int {
        return a + b;
    }
    
    // 两数相减
    func testTwoNumAdd(a : Int, b : Int) -> Int {
        return testTwoNumDelete(a: a, b: b) + 100;
    }
}

let b = B()
print("100 - 50 = " + String(b.testTwoNumDelete(a: 100, b: 50)))
print("100 - 80 = " + String(b.testTwoNumDelete(a: 100, b: 80)))
print("100 + 20 + 100 = " + String(b.testTwoNumAdd(a: 100, b: 20)))

运行之后：

100 - 50 = 150
100 - 80 = 180
100 + 20 + 100 = 220

1.7 示例分析

由于 Swift 语言的特性，在重写父类的方法时我们必须在方法的前面加上override关键字，但是 OC 中重写父类的方法是没有的，忽略这个，我们来看这个问题。
有的时候在子类中去写一个方法的时候，给方法起名的时候无意中重写了父类的方法，造成所有运行相减功能的代码全部调用了类 B 重写后的方法，造成原本运行正常的功能出现了错误。
在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的几率非常大。如果非要重写父类的方法，比较通用的做法是：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖、聚合、组合等关系代替。

1.8 总结

里式替换原则通俗来讲就是：
子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。

它包含以下 4 层含义：

• 子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法
• 子类中可以增加自己特有的方法
• 当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的形参）要比父类方法的输入参数更宽松
• 当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的后置条件（即方法的返回值）要比父类更严格

如果不遵循里式替换原则，程序可能也会好好的，但是在之后的迭代过程中，代码出问题的几率会大大增加，尤其是当另外一个人接手项目之后。