设计模式：里氏替换原则（Liskov substitution principle）

Question

里氏替换原则认为父类和子类是可互换的，即原可以使用父类的所有地方都可以使用子类进行替换。

优化前的代码

众所周知，正方形是特殊的长方形，所以在以下代码中，我们将正方形类 Square 作为长方形类 Rectangle 的子类：

class Rectangle:

    def __init__(self, length, width):
        self.length = length
        self.width = width

    def setLength(self, length):
        self.length = length

    def setWidth(self, width):
        self.width = width

    def calculateArea(self):
        return self.length * self.width


class Square(Rectangle):

    def __init__(self, length, width):
        if length != width:
            raise Exception('正方形长宽必须相等')
        self.length = width
        self.width = width

    def setLength(self, length):
        self.length = length
        self.width = length

    def setWidth(self, width):
        self.length = width
        self.width = width


def increase_rectangle_width(rectangle):
    rectangle.setWidth(rectangle.width + 1)


rectangle = Rectangle(5, 5)
increase_rectangle_width(rectangle)
print(rectangle.calculateArea())

print('\n------子类替换父类后------\n')

square = Square(5, 5)
increase_rectangle_width(square)
print(square.calculateArea())

但是对于上面的代码，当我们使用子类 Square 替换父类 Rectangle 后，长方形面积的计算结果和正方形的面积是不一样的，这违反了里氏替换原则。

优化后的代码

下面我们再抽象出一个四边形类 Quadrilateral 后，然后再将长方形类 Rectangle 和正方形类 Square 都继承它：

class Quadrilateral:

    def setWidth(self, width):
        pass

    def calculateArea(self):
        pass


class Rectangle(Quadrilateral):

    def __init__(self, length, width):
        self.length = length
        self.width = width

    def setLength(self, length):
        self.length = length

    def setWidth(self, width):
        self.width = width

    def calculateArea(self):
        return self.length * self.width


class Square(Quadrilateral):

    def __init__(self, length, width):
        if length != width:
            raise Exception('正方形长宽必须相等')
        self.length = width
        self.width = width

    def setWidth(self, width):
        self.length = width
        self.width = width

    def calculateArea(self):
        return self.length * self.width


def increase_quadrilateral_width(quadrilateral):
    quadrilateral.setWidth(quadrilateral.width + 1)

此后，我们可以在其他使用 Quadrilateral 的场合下，使用子类 Rectangle 或 Square 进行代替，因为不论是长方形还是正方形，在使用抽象四边形的地方都可以进行替换，而不会影响四边形本身所要表达的含义。

参考链接

• 里氏替换原则 - 维基百科，自由的百科全书