里氏替换原则理解

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle, LSP）是面向对象设计中的一个重要原则，它是SOLID 五大设计原则之一。该原则由计算机科学家 Barbara Liskov 提出，核心思想是：

定义：

在一个程序中，如果一个对象属于某个基类 ，那么它的子类应当能够替代基类的对象，且程序的行为不受影响。换句话说，子类应该能够在不改变父类期望行为的前提下，替换父类对象。

具体含义：

子类应该继承父类，并且能够扩展父类的功能，而不是去破坏父类的功能。
子类的行为应当和父类的行为一致，或者在父类的基础上提供更多功能，而不是修改父类行为的本质。
任何依赖于基类的代码在使用子类时，都不应该出现错误或异常。

违反里氏替换原则的情况：

行为不一致：子类重写父类的方法时，改变了父类方法的行为，导致原本能正常工作的代码出现异常或不符合预期的结果。
异常情况：子类方法在运行时抛出父类方法没有抛出的异常，这会导致基于父类编写的代码无法正常工作。
参数范围改变：如果父类的方法接受的参数在子类中被限制为更小的范围，也会违反里氏替换原则。例如，父类方法可以接受任意正整数，但子类限制只能接受大于0的数字。

示例：

假设有一个父类 Bird，以及其子类 Penguin。根据里氏替换原则，Penguin 应该可以替代 Bird，但是由于企鹅不能飞，如果子类 Penguin 修改了父类的 fly 方法（使得它抛出异常或实现一个无效的操作），则违反了里氏替换原则。

cpp 复制代码

class Bird {
public:
    virtual void fly() {
        // 父类的飞行方法
        std::cout << "I can fly!" << std::endl;
    }
};

class Penguin : public Bird {
public:
    void fly() override {
        // 企鹅不能飞，可能会导致错误或不合逻辑的行为
        std::cout << "I can't fly!" << std::endl;
    }
};

在上面的例子中，Penguin 类的 fly 方法可能导致父类 Bird 的 fly 方法的行为发生变化，因此如果有其他代码依赖于 Bird 类的 fly 方法，那么在运行时替换为 Penguin 可能会导致不符合预期的行为，从而违反了里氏替换原则。

遵循里氏替换原则的设计：

为了遵循里氏替换原则，可以考虑将方法进行适当的重构，例如：

接口分离 ：通过接口（或抽象类）来区分具有不同行为的类，比如将飞行功能放入一个 Flyable 接口中，使得只有能飞的鸟类实现该接口，而不能飞的类（如企鹅）则不实现该接口。

cpp 复制代码

class Flyable {
public:
    virtual void fly() = 0;
};

class Bird {
public:
    virtual void move() = 0;  // 所有鸟类都有的行为
};

class Sparrow : public Bird, public Flyable {
public:
    void fly() override {
        std::cout << "I can fly!" << std::endl;
    }
    void move() override {
        std::cout << "I am moving!" << std::endl;
    }
};

class Penguin : public Bird {
public:
    void move() override {
        std::cout << "I am swimming!" << std::endl;
    }
};

总结：

里氏替换原则强调子类应能够完全替代父类，并且程序的行为应该保持一致。遵守该原则可以确保代码的可扩展性和可维护性，避免因子类的特殊行为导致父类期望功能的破坏。