每日看点!C#面向对象编程中里氏替换原则的示例详解

来源：脚本之家时间：2022-07-14 09:46:10

在面向对象编程中，SOLID是五个设计原则的首字母缩写，旨在使软件设计更易于理解、灵活和可维护。这些原则是由美国软件工程师和讲师罗伯特·C·马丁(Robert Cecil Martin)提出的许多原则的子集，在他2000年的论文《设计原则与设计模式》中首次提出。

【资料图】

SOLID 原则包含：

S：单一功能原则（single-responsibility principle）O：开闭原则（open-closed principle）L：里氏替换原则（Liskov substitution principle）I：接口隔离原则（Interface segregation principle）D：依赖反转原则（Dependency inversion principle）

本文我们来介绍里氏替换原则。

里氏替换原则

在面向对象的程序设计中，里氏替换原则（Liskov Substitution principle）是对子类型的特别定义。它由芭芭拉·利斯科夫（Barbara Liskov）在1987年的一次会议上，在名为“数据的抽象与层次”的演说中首次提出。

里氏替换原则的内容可以描述为：“派生类（子类）对象可以在程序中代替其基类（超类）对象。”

也就是说，程序中的对象不管出现在什么地方，都应该可以使用其派生类（子类）的对象进行替换，而不影响程序运行的正确性。

C# 示例

我们看这样一个示例，假设一个企业有三种员工，一种是拿铁饭碗的永久雇员，一种是合同工，一种是临时工。我们设计几个类来表示这三种员工。

糟糕的示范

先定义一个Employee基类。

public abstract class Employee
{
    public string Name { get; set; }
    /// 
    /// 计算奖金
    /// 
    /// 
    public abstract decimal CalculateBonus();
}

再定义该基类的三个子类：

/// 
/// 永久雇员
/// 
public class PermanentEmployee : Employee
{
    public override decimal CalculateBonus()
    {
        return 80000;
    }
}

/// 
/// 合同工
/// 
public class ContractEmployee : Employee
{
    public override decimal CalculateBonus()
    {
        return 2000;
    }
}

/// 
/// 临时工（临时工没有奖金）
/// 
public class TemporaryEmployee : Employee
{
    public override decimal CalculateBonus()
    {
        throw new NotImplementedException(); //违反里氏替换原则
    }
}

接下来在Main方法中调用它们。

先定义一个类型为基类Employee的变量e，再分别使用其子类PermanentEmployee、ContractEmployee和TemporaryEmployee创建对象赋值给基类变量e，然后调用e的CalculateBonus()方法。

static void Main(string[] args)
{
    Employee e;

    e = new PermanentEmployee() { Name = "张三" };
    Console.WriteLine($"{e.Name} 的年终奖是 {e.CalculateBonus()} 元");

    e = new ContractEmployee() { Name = "李四" };
    Console.WriteLine($"{e.Name} 的年终奖是 {e.CalculateBonus()} 元");

    e = new TemporaryEmployee() { Name = "王五" };
    Console.WriteLine($"{e.Name} 的年终奖是 {e.CalculateBonus()} 元");
}

运行一下可以观察到（显而易见的），当使用PermanentEmployee和ContractEmployee类创建的对象替换基类型Employee的变量e时，调用CalculateBonus()方法可以正常运行，但是使用TemporaryEmployee类创建的对象替换变量e时，调用CalculateBonus()方法抛出了异常，导致程序无法正常运行。这就明显违反了里氏替换原则。

那么，应该如何改进一下呢？

正确的示范

我们看到，每种员工都有基本信息Name属性，但是由于临时工TemporaryEmployee没有奖金，所以不需要计算奖金。因此我们应该把计算奖金的方法CalculateBonus单独抽象出去，而不是让它们都继承于同一个基类，并将TemporaryEmployee子类中的CalculateBonus方法抛出一个异常。

改进后的代码：

interface IEmployee
{
    /// 
    /// 计算年终奖
    /// 
    /// 
    public decimal CalculateBonus();
}

public abstract class Employee
{
    public string Name { get; set; }
}

/// 
/// 永久雇员
/// 
public class PermanentEmployee : Employee, IEmployee
{
    public decimal CalculateBonus()
    {
        return 80000;
    }
}

/// 
/// 合同工
/// 
public class ContractEmployee : Employee, IEmployee
{
    public decimal CalculateBonus()
    {
        return 2000;
    }
}

/// 
/// 临时工
/// 
public class TemporaryEmployee : Employee
{
}

在Main方法中，将调用它们的测试代码改为：

static void Main(string[] args)
{
    Employee e;
    IEmployee ie;

    var p = new PermanentEmployee() { Name = "张三" };
    e = p;
    ie = p;
    Console.WriteLine($"{e.Name} 的年终奖是 {ie.CalculateBonus()} 元");

    var c = new ContractEmployee() { Name = "李四" };
    e = c;
    ie = c;
    Console.WriteLine($"{e.Name} 的年终奖是 {ie.CalculateBonus()} 元");

    e = new TemporaryEmployee() { Name = "王五" };
    Console.WriteLine($"{e.Name} 是临时工，无年终奖。");
}

程序运行正常。

这样，这些子类的设计便遵循了里氏替换原则。