設計模式之里式替換原則

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1.1 介紹

肯定有很多人跟我剛看到這項原則的時候一樣,對這個原則的名字充滿疑惑,其實原因就是這項原則最早是在 1988 年杭棵,由麻省理工學院的一位女士(Barbara Liskov) 提出來的驾胆。

當然曹傀,這對于我們來說不是最重要的犁钟,我們需要關注的是里式替換原則本身,以及采用里式替換原則,能夠為我們的開發(fā)帶來什么好處忍啸。

1.2 定義
  • 定義1:
    如果對每一個類型為 T1 的對象o1,都有類型為 T2 的對象o2履植,使得以 T1 定義的所有程序 P 在所有的對象 o1 都代換成 o2 時计雌,程序 P 的行為沒有發(fā)生變化,那么類型 T2 是類型 T1 的子類型(繼承關系)玫霎。
  • 定義2:
    所有引用基類的地方必須能透明地使用其子類的對象凿滤。(即便替換了對象,方法的功能或者說行為沒有改變庶近,也就意味著子類只是對原有父類的功能進行了它獨有的增強翁脆,本質還是做了相同的事,也就是子類可以擴展父類的功能鼻种,但是不能改變父類原有的功能)
1.3 問題由來

有一個功能 P1反番,由類 A 來完成,現在需要將功能 P1 進行擴展叉钥,擴展后的功能為 P罢缸,其中 P 由原有功能 P1 與新功能 P2 組成。新功能 P 由類 A 的子類 B 來完成投队,則子類 B 在完成新功能 P2 的同時枫疆,有可能會導致原有功能 P1 發(fā)生故障。

1.4 解決方案

當使用繼承時敷鸦,遵循里式替換原則养铸。類 B 繼承類 A 時,除了添加新的方法完成新增功能P2 外轧膘,盡量不要重寫 A 的方法,也盡量不要重載父類 A 的方法兔甘。

繼承包含這樣一層含義:父類中凡是已經實現好的方法(相對于抽象方法而言)谎碍,實際上是設定一系列的規(guī)范和契約,雖然它不強制要求所有的子類必須遵守這些契約洞焙,但是如果子類對這些非抽象方法任意修改蟆淀,就會對整個繼承體系造成破壞,而里式替換原則就是表達了這一層含義澡匪。

繼承作為面向對象的特性之一熔任,在給程序設計帶來巨大便利的同時,也帶來了弊端唁情。比如使用繼承會給程序帶來侵入性疑苔,程序的可移植性降低,增加了對象間的耦合性甸鸟,如果一個類被其他的類所繼承惦费,則當這個類需要修改時兵迅,必須考慮到所有的子類,并且父類修改后薪贫,所有涉及到子類的功能都有可能會產生故障恍箭。

1.5 舉例說明

舉例說明繼承的風險,我們需要完成一個兩數相減的功能瞧省,由類 A 來負責:

class A : NSObject{
    // 兩數相減
    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)))

運行結果:

100 - 50 = 50
100 - 80 = 20
1.6 舉例進階

我們現在需要增加一個新的功能:完成兩數相加扯夭,然后再與 100 求和,由類 B 來負責鞍匾。即類 B 需要完成兩個功能:

  • 兩數相減
  • 兩數相加交洗,然后再加 100

由于類 A 已經實現了第一個功能,所以類 B 繼承類 A 后候学,只需要再完成第二個功能就可以了藕筋,代碼如下:

class A : NSObject{
    // 兩數相減
    func testTwoNumDelete(a : Int, b : Int) -> Int {
        return a - b;
    }
}

class B : A {
    
    // 兩數相減
    override func testTwoNumDelete(a : Int, b : Int) -> Int {
        return a + b;
    }
    
    // 兩數相減
    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)))

運行之后:

100 - 50 = 150
100 - 80 = 180
100 + 20 + 100 = 220
1.7 示例分析

由于 Swift 語言的特性,在重寫父類的方法時我們必須在方法的前面加上override關鍵字梳码,但是 OC 中重寫父類的方法是沒有的隐圾,忽略這個,我們來看這個問題掰茶。
有的時候在子類中去寫一個方法的時候暇藏,給方法起名的時候無意中重寫了父類的方法,造成所有運行相減功能的代碼全部調用了類 B 重寫后的方法濒蒋,造成原本運行正常的功能出現了錯誤盐碱。
在實際編程中,我們常常會通過重寫父類的方法來完成新的功能沪伙,這樣寫起來雖然簡單瓮顽,但是整個繼承體系的可復用性會比較差,特別是運用多態(tài)比較頻繁時围橡,程序運行出錯的幾率非常大暖混。如果非要重寫父類的方法,比較通用的做法是:原來的父類和子類都繼承一個更通俗的基類翁授,原有的繼承關系去掉拣播,采用依賴、聚合收擦、組合等關系代替贮配。

1.8 總結

里式替換原則通俗來講就是:
子類可以擴展父類的功能,但不能改變父類原有的功能塞赂。

它包含以下 4 層含義:

  • 子類可以實現父類的抽象方法泪勒,但不能覆蓋父類的非抽象方法
  • 子類中可以增加自己特有的方法
  • 當子類的方法重載父類的方法時,方法的前置條件(即方法的形參)要比父類方法的輸入參數更寬松
  • 當子類的方法實現父類的抽象方法時,方法的后置條件(即方法的返回值)要比父類更嚴格

如果不遵循里式替換原則酣藻,程序可能也會好好的曹洽,但是在之后的迭代過程中,代碼出問題的幾率會大大增加辽剧,尤其是當另外一個人接手項目之后送淆。

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