0104_里氏替换原则

定义：子类必须能够替换它们的基类而不影响程序的正确性。这意味着：

• 子类必须保持父类的行为约定
• 子类不能加强前置条件或削弱后置条件
• 子类不能抛出父类未声明的异常

场景

这里还以人类对象为例，人类属性有年龄、名称，动作有吃饭、行走等。

BaseHuman类

• 职责：只处理人类基本属性和基本生存行为
• 稳定性高：这些是所有人共有的基本特征和行为
• 易于扩展：可作为其他人类类型的基类

public class BaseHuman {
    // 年龄属性
    private int age;
    // 姓名属性
    private String name;
    
    public BaseHuman(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    /**
     * 获取姓名
     * @return 姓名
     */
    public String getName() {
        return name;
    }
    
    /**
     * 吃饭方法
     */
    public void eat() {
        System.out.println(getName() + "在吃饭");
    }
    
    /**
     * 行走方法
     */
    public void walk() {
        System.out.println(getName() + "在行走");
    }
}

反例

InvalidHuman类

• 职责：违反里氏替换原则的人类实现

public class InvalidHuman extends BaseHuman {
    
    public InvalidHuman(int age, String name) {
        super(age, name);
    }
    
    /**
     * 重写eat方法，使其抛出异常，违反了里氏替换原则
     * 父类方法是正常执行，而子类抛出异常，导致替换时行为不一致
     */
    @Override
    public void eat() {
        throw new UnsupportedOperationException("InvalidHuman不能吃饭");
    }
    
    /**
     * 重写walk方法，使其行为与父类不一致
     * 父类是简单输出，而子类添加了额外约束
     */
    @Override
    public void walk() {
        // 假设这类人只能在特定条件下行走
        if (Math.random() < 0.9) {
            throw new RuntimeException("InvalidHuman行走失败");
        }
        System.out.println(getName() + "在行走（很困难）");
    }
}

在反例中，InvalidHuman类违反里氏替换原则，子类的逻辑与父类的逻辑不一致，如果使用子类替换父类，可能会发生异常。

正例

NormalHuman类

• 职责：处理普通人的行为

public class NormalHuman extends BaseHuman {
    
    /**
     * 构造方法
     * @param age 年龄
     * @param name 姓名
     */
    public NormalHuman(int age, String name) {
        super(age, name);
    }

    /**
     * 重写吃饭方法
     * 普通人特有的吃饭行为
     */
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("我是普通人，正在吃饭");
    }
}

总结

里氏替换原则保证了面向对象的多态性能够可靠工作。正例中的NormalHuman可以安全替换BaseHuman，而InvalidHuman的异常行为会导致程序违反使用者对基类的合理预期。遵守LSP能使继承体系更加健壮，减少意外的行为差异。