每经编辑｜闫亮    

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里氏替换原则：继承的“忠诚度”考验

想象一下，你精心搭建了一个精密的积木王国，每一个积木块(kuai)都代表一个类。继承，就像是给积(ji)木块赋予了“血统”，让子类继承父类的优点。但如果(guo)有一天，你发现一个本应乖乖待在原位(wei)的积木(mu)块，因为被“继承”了某(mou)种“特(te)性”，结果不小心推倒了整个王国，那可就麻(ma)烦了(le)！里氏替换原则（LiskovSubstitutionPrinciple，简称LSP）正是为了避(bi)免这种“坑爹”的继承而诞生的。

简单来说，里氏替换(huan)原则就是：“任何父类可以被其子类替换，并且程序逻辑不受影响。”这句话听起来似乎很简单，但它对我们设计继承关系(xi)有着深远的影响。它要求我们在设计继承时，必须保证(zheng)子类(lei)不仅继承了父(fu)类的“形态”（属性和方法），更继承了父类的“神”（行为和约束）。

子类不能随意“叛变”，做出与父类行为相(xiang)悖的事情。

举个例子，我们有一(yi)个“鸟”的父类，它有一个fly()方法。如(ru)果我们设计一个“企鹅”类继承“鸟”类，并让“企鹅”也拥有fly()方法，那问题就来了。企鹅不会飞！如果我们的程序中有这样一个(ge)逻辑：“让所有鸟类飞起来”，那么当遇到企鹅时，就会出现运行时错误，或者产生预料之外的行(xing)为。

这就是违反了里氏替换原则。

如何才能遵循里氏替换原则呢？

设计清晰的父类契约。父类应该定义清晰的、可预期的行为规范。例如，“鸟(niao)”类可(ke)以定义“会移动”和“会发声”等通用行为，但fly()方法可能就需要更谨慎地(di)处理(li)，或者根本不应该放在“鸟”这个过于宽泛的父类中。

子类实现父类的行为时，必须尊重父类的约束。这意味着子类在重写父类方(fang)法时，不能(neng)比父类的方法更严格(ge)，也不能比父类的方法更宽(kuan)松。例如，如果父(fu)类方法要求传入一个非负整数，子类方法就不能接受负整数。如果父类方法保证不会抛出特定的异常，子类重写该方法时(shi)也不能抛出这个异常。

再者，避免在子类中添加不兼容的方法。如(ru)果子(zi)类需要增加新的功能，最好通过组合（Composition）而不是继承来实现，或者为这些新功能设计新的方法，而不是覆盖父类中已有的、行为(wei)不兼(jian)容的方法。

遵循(xun)里氏替换原则，能够极大地增强我们(men)代码的可(ke)维护性和健壮(zhuang)性。当我们看到一个父类引用指向一个子类对象时，我们可以自信地认为，无论这个对象是父类的实例还是任何一个遵循LSP的子类实例，它的行为都是可以预(yu)测的，我(wo)们的代码不会因为“换了个马甲”就出问题。

这就像是给你的(de)代码上了“保(bao)险”，让它在面对(dui)未来需求变化时，少一些“惊吓”，多一些“惊喜”。

里氏替换原则，是继承这条路上的“交通(tong)规则”。它不是限制我们发挥创意，而是引导我们建立(li)更稳(wen)固、更可靠的“家族体系”。有了它，继(ji)承(cheng)才能真正成为代码(ma)复用的利器，而不是隐藏的“定时炸弹”。

多态(tai)：代码的“变形金刚”艺术

如果说里氏替换原(yuan)则是确保继承(cheng)关系的“忠诚”，那么多态（Polymorphism）就是让这些(xie)“忠诚”的(de)继承者们施展“十八般武艺”的舞台。多态，顾名思义，就是“多种形态”。在面向对象编程中，它指的是允许使用(yong)父类类型的引用来指向子(zi)类对象，并且在运行时能够根据对象的实际类型调用相应的方法。

想象一下，你有一个遥控器，这个遥控器可以控制不同种类的电器。你按下“开关”按钮，如果是电视，它就打开屏幕；如果是音响，它就播放音乐。遥控器本身只需要知道“有开关(guan)”这个功能，而不需要关心具体是哪种电器。这就是多态的魅力。

多态的核心在于“动态绑定”或“运行时绑定”。在程序编译时，我(wo)们可能只知道一个(ge)变量的类型是父类，但它实际指向的对象可能是父类本身，也可能是它的某个子类。直到程序运行时，JVM（Java虚拟机）或者CLR（.NET公共语言运行库）等运行时环境，才会根据变量实际引用的对象(xiang)类型，去查找并调用真正应该执行的方法。

多态带来的好处是显而易见的：

1.降低代(dai)码耦合度，提高灵活性：通过多态，我们可以编写更加通用的代码。比如(ru)，一个处(chu)理“动物”的函数，可以接收任何继承自“动物”的子类对象（如“猫”、“狗”），并调用它们的makeSound()方法，而不需要知道具体的动物种(zhong)类。这样，当我们添加新的动物类型时，原有的处理函数无需修改，就能自动适应新的(de)类型。

2.增强代码的可扩展(zhan)性：新增子(zi)类不会影响现有(you)代码的运行，因为现有代(dai)码是通过父类接口或抽象类进行(xing)交互的。这使得系统(tong)更容易(yi)扩展，也更容易维护。

3.实(shi)现代码的简洁和优雅：省去了大量的(de)if-else或switch-case语句来判断对象类型，让代(dai)码更加清晰、简洁，读起来也更顺畅。

多态的实现方式主要有几种：

方法重写（Overriding）：子类继承父类后，对父类中已经定义好的方法进行重新实(shi)现。这(zhe)是实现运行时多态最常见的方式。接口（Interface）：接口定义了一组方法签名，但不提供实现。不同的类可以实现同(tong)一个接口，并各自提(ti)供方法的具体实现。

通过(guo)接口引用指向实现该接口的对象，也能实现多态。抽象类（AbstractClass）：抽象类可以包含抽象方法（没有实现）和具体方法。子类继承抽象(xiang)类后，必须实现其所有抽象方法。

里(li)氏替换原(yuan)则和多态，二者相辅相成，缺一不可(ke)。里氏替换原(yuan)则为多态(tai)的(de)实现提供了前提条件：只有当子类能够无(wu)缝地替换父类时，我们才能放心地通过父类引用来调用(yong)子类的方法，而不会出现意外。可以说，里氏替换原则是“静态”的规则，它指导我(wo)们如何设计正确的继(ji)承关系；而多态则(ze)是(shi)“动态”的体现，它让这种正确的继(ji)承关系在运行(xing)时焕发活力。

当我们将里氏替换原(yuan)则和多态结合起来应用时，我(wo)们的代码就能实(shi)现真正的“形神合一”。对象的“形”（具体类型）虽然可以变化，但(dan)其“神”（行为和约定）却始终遵循着父类的规范。这使得我们的程序不仅易于理解，而且具有强大的生命力，能(neng)够轻松应对未来的各种挑战。

所以，下(xia)次当你考虑继承时，不妨多问一句：我的子类(lei)真的能够“忠诚”地(di)扮演父类的角色吗？也要积极拥抱多态，让你的代码像一位技艺精湛的演(yan)员，能够根(gen)据角色需求，灵活地演绎(yi)出最精彩的(de)“多种形态”！

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图片来源：每经记者 阿米尔·穆卡姆 摄

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封面图片来源：图片来源：每经记者 名称 摄