举例解析Java的设计模式编程中里氏替换原则的意义

什么是里氏替换原则？

里氏替换原则是面向对象设计原则中的一种，该原则的定义为： 如果一个软件实体使用一个父类的对象，那么它可以替换为一个子类的对象，而不会影响程序的正确性。简单来说，就是将子类对象当成父类对象使用时，程序不会出错。

里氏替换原则的意义

理解里氏替换原则的一个重要意义是能够写出优秀的、可维护的、可扩展的代码。这是因为它使得任何一个基于某个类的代码在增加可读性、操作性、扩展性时都有比较好的机会。

将父类封装为多个子类之后，所有引用子类对象的地方都可以使用父类对象代替，而不产生任何错误或异常。程序的扩展性也同样得到了提高，因为添加新的子类不会影响已有的子类以及其他的模块。

示例1

class Rectangle {
   private int length;
   private int breadth;

   public void setLength(int length) {
      this.length = length;
   }
   public void setBreadth(int breadth) {
      this.breadth = breadth;
   }

   public int getArea() {
      return (length * breadth);
   }
}

class Square extends Rectangle {
   public void setLength(int length) {
      this.length = length;
      this.breadth = length;
   }
   public void setBreadth(int breadth) {
      this.length = breadth;
      this.breadth = breadth;
   }
}

public class Test {
   public static void main(String[] args) {
      Rectangle r = new Rectangle();
      r.setLength(5);
      r.setBreadth(10);
      System.out.println("Area of Rectangle : " + r.getArea());

      Square s = new Square();
      s.setLength(5);
      System.out.println("Area of Square : " + s.getArea());
   }
}

这是一个计算矩形和正方形的面积的面向对象设计。其中，正方形是矩形的特殊情况（长和宽相等）。然而，我们可以看到，当我们将长和宽设置为5时，矩形的面积为50，而正方形的面积却只有25。之所以会出现这种情况，是因为正方形重写了父类矩形的方法，导致正方形对长和宽的设置无效，最终计算面积的过程出现错误。

如果我们使用里氏替换原则的思路来重新设计这个程序，就会很明显地发现正方形不应该是矩形的子类，而应该单独一个类。这样在其方法的实现上也不会发生重写父类的情况。

示例2

abstract class Shape {
   abstract void draw();
}

class Circle extends Shape {
   void draw() {
      System.out.println("Drawing Circle");
   }
}

class Square extends Shape {
   void draw() {
      System.out.println("Drawing Square");
   }
}

public class Test {
   public static void main(String[] args) {
      Shape shape = new Circle();
      shape.draw();

      shape = new Square();
      shape.draw();
   }
}

这个例子是一个更加抽象的例子，我们可以将所有形状看成是基于Shape这个超类的一个子类实例。这个程序创建了一个Shape类型的变量，将它的值分别设置为Circle和Square的实例，并调用它们的draw方法。由于Circle和Square类都继承于Shape类，所以可以安全地进行里氏替换。

在这种情况下，如果我们希望添加一个新的形状，我们只需要创建一个它的子类，然后将它赋值给Shape类型的变量，就可以用相同的代码进行多个形状的绘制了。这样就可以很好的实现程序的扩展性和可维护性。

总结

里氏替换原则是一个非常重要的面向对象设计原则，通过遵循这个原则可以写出优秀的、可维护的和易扩展的代码。同时，在代码的设计中也要变通，具体问题具体分析。好的代码不仅具有里氏替换原则，还要符合工程实践和实际情况。