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一、里氏替换原则定义

里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一，定义如下：
里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）：继承必须确保超类所拥有的性质在子类中必须仍然成立。

里氏替换原则讲述了有关继承的一些原则，定义了什么时候该用继承，什么时候不该用继承。里氏替换原则是继承复用的基础，反应了父类和子类之间的关系，是对开闭原则的补充，是对实现抽象化的具体步骤的规范。

二、里氏替换原则的作用

里氏替换原则的作用主要如下：

  • 里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一。
  • 克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点。
  • 是动作正确性的确保，即类的扩展不会给已有的系统造成错误，降低代码代码出错的可能性。
  • 加强程序的健壮性，同时做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、可扩展性，降低需求变更带来的风险。

三、里氏替换原则的实现方法

里氏替换原则通俗的讲就是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。也就是说，子类继承父类的时候，除了添加新的方法扩展功能之外，尽量不要重写父类的方法。

根据上述理解，对里氏替换原则的实现可以总结如下：

  • 子类可以实现父类的抽象方法，但是不能覆盖父类非抽象的方法。
  • 子类中可以增加自己特有的方法。
  • 当子类重写父类的方法时，方法的入参应该比父类的方法更加宽松。
  • 当子类的方法实现父类的方法时（重写/重载/或实现抽象方法），方法的返回值应该比父类更加严格或者相等。

通过重写父类的方法来完成新的功能写起来简单，但是整个继承体系中复用性很比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序出错的概率会非常大。如果违背了里氏替换原则，则继承类的对象再父类出现的地方就会出现运行错误，修正方法是：取消原来的继承关系，重新设计它们之间的关系。

四、里氏替换原则栗子

关于里氏替换原则最有名的栗子就是“正方形不是长方形”。当然，生活中还很多类似的栗子，比如：企鹅、鸵鸟和几维鸟从生物学的角度来划分是属于鸟类，但是从类的继承关系来说，由于它们不能继承”鸟”会飞的功能，所以不能把它们定义为”鸟”的子类。

不满足里氏替换原则

几维鸟不是鸟不满足里氏替换原则栗子。

分析：鸟一般都会飞行，如燕子的飞行速度大概是每小时120千米。但是新西兰的几维鸟由于翅膀退化基本不会飞行，假如要设计一个实例，计算这两种鸟飞行300千米要花费的时间，显然拿燕子来测试这段代码没问题，但是拿几维鸟来这测试，结果会报错。

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public class LSPTest {
    public static void main(String[] args) {
        Bird bird1 = new Swallow();
        Bird bird2 = new BrownKiwi();
        bird1.setFlySpeed(120);
        bird2.setFlySpeed(120);
        System.out.println("如果飞行300公里：");
        try {
            System.out.println("燕子将飞行" + bird1.getFlyTime(300) + "小时.");
            System.out.println("几维鸟将飞行" + bird2.getFlyTime(300) + "小时。");
        } catch (Exception err) {
            System.out.println("发生错误了!");
        }
    }
}


class Bird {
    double flySpeed;

    public void setFlySpeed(double flySpeed) {
        this.flySpeed = flySpeed;
    }
    public double getFlyTime(double distance) {
        return (distance/ flySpeed);
    }
}

class Swallow  extends Bird{

}

class BrownKiwi extends Bird {

    @Override
    public void setFlySpeed(double speed) {
        flySpeed = 0;
    }
}

上面代码输出如下：

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如果飞行300公里：
燕子将飞行2.5小时.
几维鸟将飞行Infinity小时。

程序出错的原因是因为几维鸟不会飞行，所以没有飞行速度，所以重写了setSpeed()方法，导致getFlyTime()方法报错，违背了里氏替换原则。

重构满足里氏替换原则

取消几维鸟和鸟的继承关系，定义鸟和几维鸟更一般的父类，如动物类，他们都具备奔跑的能力，几维鸟的飞行速度虽然为0，但是奔跑速度不为0，所以我们新增一个父类Animal类，BrownKiwi类继承Animal类，拥有奔跑速度，通过奔跑速度计算时间。

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public class LSPTest {
    public static void main(String[] args) {
        Bird bird1 = new Swallow();
        Animal bird2 = new BrownKiwi();
        bird1.setSpeed(120);
        bird2.setRunSpeed(120);
        System.out.println("如果飞行300公里：");
        try {
            System.out.println("燕子将飞行" + bird1.getFlyTime(300) + "小时.");
            System.out.println("几维鸟将飞行" + bird2.getRunTime(300) + "小时。");
        } catch (Exception err) {
            System.out.println("发生错误了!");
        }
    }
}

class Animal {
    private double runSpeed;
    
    public void setRunSpeed(double runSpeed) {
        this.runSpeed = runSpeed;
    }
    
    public double getRunTime (double distance) {
        return (distance/ runSpeed);
    }
}

class Bird extends Animal {
    private double flySpeed;
    
    public void setFlySpeed(double flySpeed) {
        this.flySpeed = flySpeed;
    }
    public double getFlyTime(double distance) {
        return (distance/ flySpeed);
    }
}

class Swallow  extends Bird {
    
}

class BrownKiwi extends Animal {
    
}

上面输出结果为：

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如果飞行300公里：
燕子将飞行2.5小时.
几维鸟将飞行2.5小时。