SOLID：里氏替换原则 (Liskov Substitution Principle)

里氏替换原则 (Liskov Substitution Principle) 由 Barbara Liskov 于 1987 年提出。她用数学术语描述了该原则，如下所示：

令 φ(x) 为关于类型 T 的对象 x 的一个可证明属性。那么对于类型 S 的对象 y，其中 S 是 T 的子类型，φ(y) 也应该为真。

LSP 指导如何在面向对象编程中使用继承。它关于子类型，以及如何从基类型正确派生一个类型。Robert Martin 解释 LSP 如下：

子类型必须能够替换其基类型。

在这里，类型可以是 C# 中的接口、类或抽象类。

让我们进一步简化它。派生类必须能够正确替换其基类。当您从基类派生一个类时，派生类应该正确实现基类的所有方法。它不应该通过抛出 NotImplementedException 来移除某些方法。

考虑以下 IMyCollection 接口，它可以用于创建任何类型的集合类。

public interface IMyCollection
{ 
    void Add(int item);
    void Remove(int item);
    int Get(int idex);
}

public class MyReadOnlyCollection : IMyCollection
{
    private IList<int> _collection;

    public MyReadOnlyCollection(IList&lt;int&gt; col)
    {
        _collection = col;
    }
    public void Add(int item)
    {
        throw new NotImplementedException();
    }

    public int Get(int index)
    {
        return _collection[index];
    }

    public void Remove(int item)
    {
        throw new NotImplementedException();
    }
}

上述示例违反了里氏替换原则，因为 MyReadOnlyCollection 类实现了 IMyCollection 接口，但它对 Add() 和 Remove() 方法抛出 NotImplementedException，因为 MyReadOnlyCollection 类是只读集合，所以不能添加或移除任何项。LSP 建议子类型必须能够替换基类或基接口。在上述示例中，我们应该为只读集合创建另一个不包含 Add() 和 Remove() 方法的接口。

让我们理解“派生类应该正确实现基类方法”的含义。

考虑以下 Rectangle 类

public class Rectangle {
    public virtual int Height { get; set; }
    public virtual int Width { get; set; }
}

从数学上讲，正方形与四边相等的矩形相同。我们可以在这里使用继承的“is-a”关系。正方形是矩形。Square 类可以继承 Rectangle 类，并使其高度和宽度相等，如下所示。

class Square : Rectangle
{
    private int _height;
    private int _width;

    public override int Height
    {
        get { return _height; }
        set { 
            _height = value; 
            _width = value;    
        }
    }

    public override int Width
    {
        get { return _width; }
        set
        {
            _width = value;
            _height = value;
        }
    }
}

以下计算矩形面积

public class AreaCalculator
{
    public static int CalculateArea(Rectangle r)
    { 
        return r.Height * r.Width;    
    }
}

现在，以下返回错误的结果

示例：LSP 违规

Rectangle sqr1 = new Square();
sqr1.Height = 6;
sqr1.Width = 8;
		
Console.WriteLine(AreaCalculator.CalculateArea(sqr1)); //returns 64
		
Rectangle sqr2 = new Square();
sqr2.Height = 8;
sqr2.Width = 6;
		
Console.WriteLine(AreaCalculator.CalculateArea(sqr2)); //returns 36

尝试一下

LSP 指出派生类应正确实现基类方法。在这里，正方形类不是矩形类的子类型，因为它具有相等的边。因此，只需要一个属性而不是两个属性（高度和宽度）。这会给类的用户带来困惑，并可能给出错误的结果。