里氏替換原則是什麼？

里氏替換原則是物件導向設計的基本原則之一，主張使用「抽象（Abstraction）」和「多態（Polymorphism）」將設計中的靜態結構改為動態結構，維持設計的封閉性。 「抽象」是語言提供的功能，「多態」由繼承語意實現。

里氏替換原則（Liskov Substitution Principle，LSP）由麻省理工學院電腦科學實驗室的里斯科夫（Liskov）女士在1987 年的「物件導向技術的高峰會議」（OOPSLA）上發表的一篇文章《資料抽象與層次》（Data Abstraction and Hierarchy）裡提出來的，她提出：繼承必須確保超類別所擁有的性質在子類別中仍然成立（Inheritance should ensure that any property proved about supertype objects also holds for subtype objects）。

里氏替換原則主要闡述了有關繼承的一些原則，也就是什麼時候應該使用繼承，什麼時候不應該使用繼承，以及其中蘊含的原理。里氏替換原是繼承復用的基礎，它反映了基底類別與子類別之間的關係，是對開閉原則的補充，是實現抽象化的具體步驟的規範。

里氏替換原則的作用

里氏替換原則的主要作用如下。

1、里氏替換原則是實現開閉原則的重要方式之一。

2、它克服了繼承中重寫父類別造成的可重複使用性變差的缺點。

3、它是動作正確性的保證。即類別的擴充不會為現有的系統引入新的錯誤，降低了程式碼出錯的可能性。

里氏替換原則的實作方法

里氏替換原則通俗來講就是：子類別可以擴充父類別的功能，但不能改變父類別原有的功能。也就是說：子類別繼承父類別時，除新增新的方法完成新增功能外，盡量不要重寫父類別的方法。

如果透過重寫父類別的方法來完成新的功能，這樣寫起來雖然簡單，但是整個繼承體系的可復用性會比較差，特別是運用多態比較頻繁時，程式運行出錯的機率會非常大。

如果程式違反了里氏替換原則，則繼承類別的物件在基底類別出現的地方會出現運行錯誤。這時其修正方法是：取消原來的繼承關係，重新設計它們之間的關係。

關於里氏替換原則的例子，最有名的是「正方形不是長方形」。當然，生活中也有很多類似的例子，例如，企鵝、鴕鳥和幾維鳥從生物學的角度來劃分，它們屬於鳥類；但從類的繼承關係來看，由於它們不能繼承“鳥”會飛的功能，所以它們不能定義成「鳥」的子類。同樣，由於「氣球魚」不會游泳，所以不能定義成「魚」的子類；「玩具炮」炸不了敵人，所以不能定義成「砲」的子類等。

以下以「幾維鳥不是鳥」為例來說明里氏替換原則。

【例2】里氏替換原則在「幾維鳥不是鳥」實例中的應用。

分析：鳥一般都會飛行，如燕子的飛行速度大概是每小時 120 公里。但是紐西蘭的幾維鳥由於翅膀退化而無法飛行。如果要設計一個實例，計算這兩種鳥飛行 300 公里要花費的時間。顯然，拿燕子來測試這段程式碼，結果正確，能計算出所需的時間；但拿幾維鳥來測試，結果會發生“除零異常”或“無窮大”，明顯不符合預期，其類圖如圖1 所示。

程式碼如下：

package principle;
public class LSPtest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Bird bird1=new Swallow();
        Bird bird2=new BrownKiwi();
        bird1.setSpeed(120);
        bird2.setSpeed(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!");
        }
    }
}
//鸟类
class Bird
{
    double flySpeed;
    public void setSpeed(double speed)
    {
        flySpeed=speed;
    }
    public double getFlyTime(double distance)
    {
        return(distance/flySpeed);
    }
}
//燕子类
class Swallow extends Bird{}
//几维鸟类
class BrownKiwi extends Bird
{
    public void setSpeed(double speed)
    {
           flySpeed=0;
    }
}

程式的運行結果如下：

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。

程式執行錯誤的原因是：幾維鳥類重寫了鳥類的setSpeed(double speed) 方法，違反了里氏替換原則。正確的做法是：取消幾維鳥原來的繼承關係，定義鳥和幾維鳥的更一般的父類，如動物類，它們都有奔跑的能力。幾維鳥的飛行速度雖然為 0，但奔跑速度不為 0，可以計算出其奔跑 300 公里所需的時間。

其類別圖如圖 2 所示。

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