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里氏替換原則的定義

里氏替換原則（Liskov Substitution Principle，LSP）由麻省理工學院計算機科學實驗室的里斯科夫（Liskov）女士在 1987 年的“面向對象技術的高峰會議”（OOPSLA）上發表的一篇文章《數據抽象和層次》（Data Abstraction and Hierarchy）裡提出來的，她提出：繼承必須確保超類所擁有的性質在子類中仍然成立（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。里氏替換原是繼承複用的基礎，它反映了基類與子類之間的關係，是對開閉原則的補充，是對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。

里氏替換原則是實現開閉原則的重要方式之一。
它克服了繼承中重寫父類造成的可複用性變差的缺點。
它是動作正確性的保證。即類的擴展不會給已有的系統引入新的錯誤，降低了代碼出錯的可能性。

里氏替換原則的實現方法

里氏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。也就是說：子類繼承父類時，除添加新的方法完成新增功能外，儘量不要重寫父類的方法。
如果通過重寫父類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複用性會比較差，特別是運用多態比較頻繁時，程序運行出錯的概率會非常大。

如果程序違背了里氏替換原則，則繼承類的對象在基類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“炮”的子類等。
下面以“幾維鳥不是鳥”為例來說明裡氏替換原則。
【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 千米。但是新西蘭的幾維鳥由於翅膀退化無法飛行。假如要設計一個實例，計算這兩種鳥飛行 300 千米要花費的時間。顯然，拿燕子來測試這段代碼，結果正確，能計算出所需要的時間；但拿幾維鳥來測試，結果會發生“除零異常”或是“無窮大”，明顯不符合預期，其類圖如圖 1 所示。

圖1 “幾維鳥不是鳥”實例的類圖

程序代碼如下：

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("如果飛行300公里："); try { System.out.println("燕子將飛行"+bird1.getFlyTime(300)+"小時."); System.out.println("幾維鳥將飛行"+bird2.getFlyTime(300)+"小時。"); } catch(Exception err) { System.out.println("發生錯誤了!"); } }}//鳥類class Bird{ double flySpeed; public void setSpeed(double speed) { flySpeed=speed; } public double getFlyTime(double distance) { return(distance/flySpeed); }}//燕子類class Swallow extends Bird{}//幾維鳥類class BrownKiwi extends Bird{ public void setSpeed(double speed) { flySpeed=0; }}

程序的運行結果如下：

如果飛行300公里：
燕子將飛行2.5小時.
幾維鳥將飛行Infinity小時。

程序運行錯誤的原因是：幾維鳥類重寫了鳥類的 setSpeed(double speed) 方法，這違背了里氏替換原則。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 千米所要花費的時間。其類圖如圖 2 所示。