C#forUnity快速入門(連載10)_C#里氏替換原則

 C#forUnity編程語言快速入門教程(連載10)_C#OOP編程之里氏替換原則

    最近在Unity教學(xué)過程中，有學(xué)員對于C#的“里氏替換原則”（LSP）產(chǎn)生疑問表示不太理解。問題集中在不知道這個(gè)原則是做什么，有什么優(yōu)勢，具體在游戲開發(fā)(程序開發(fā))過程中有什么借鑒與指導(dǎo)作用。

    就以上問題我總結(jié)梳理一下，與大家共同探討。

    起源： 在我們的程序開發(fā)過程中，起初應(yīng)該都是以完成項(xiàng)目功能為重點(diǎn)。但是隨著軟件規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人們發(fā)現(xiàn)只完成功能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。于是聰明的軟件工程師，從大量的編程實(shí)踐中開始總結(jié)一些共性的軟件開發(fā)理論，以供后人規(guī)范編程，更有效率、更穩(wěn)定的開發(fā)各種項(xiàng)目（包括游戲項(xiàng)目）。

   目前公認(rèn)的一些編程原則：

   1： 單一職責(zé)原則 英文名稱是Single Responsibility Principle，簡稱SRP
   2： 開閉原則 英文全稱是Open Close Principle，簡稱OCP

   3： 里氏替換原則 英文全稱是Liskov Substitution Principle，簡稱LSP
   4： 依賴倒置原則  英文全稱是Dependence Inversion Principle，簡稱DIP

    在以上編程開發(fā)原則中，“開閉原則”與“里氏替換原則”比較類似，都是研究如何在相對穩(wěn)定的編碼環(huán)境中，盡可能的允許程序功能的變化。也就是最低的編碼改動量，實(shí)現(xiàn)最大程度的軟件項(xiàng)目變化性，來適應(yīng)用戶對軟件系統(tǒng)不斷變化的功能要求。

    解釋如上概念：

    “開放-封閉原則”（即： 開閉原則）(OCP):   對于程序的擴(kuò)展是開放的(Open for extension)，對于程序的修改是封閉的（Closed for modification）

    “里氏替換原則”：子類型必須能夠替換掉它們的父類型?。ǚ粗畡t不成立）

   “ 里氏替換”（也叫“里氏代換”原則）原則英文全稱是Liskov Substitution Principle，簡稱LSP。 由2008年圖靈獎得主、美國第一位計(jì)算機(jī)科學(xué)女博士Barbara Liskov教授和卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)Jeannette Wing教授于1994年提出。 里氏替換原則就是要求寫程序前，先建立抽象，通過抽象建立規(guī)范，具體的實(shí)現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)替換掉抽象，保證系統(tǒng)的高擴(kuò)展性、靈活性。

     “開閉原則”要求我們寫的程序修改盡量要少（即：封閉），但是對于功能的擴(kuò)展確實(shí)開放的、允許的。 這其實(shí)是提了一個(gè)很高的編程目標(biāo)，很好的一個(gè)指導(dǎo)原則，但是如何具體到實(shí)現(xiàn)上，是沒有方法的，是不接“底氣”的。 所以“里氏替換”就給了一個(gè)具體的實(shí)現(xiàn)方法的原則，就是讓子類來無縫的對接父類，“子類型必須能夠替掉父類”。

    “里氏替換原則”具體的要求可以表述如下：

      1： 子類的所有方法必須在父類中聲明，或子類必須實(shí)現(xiàn)父類中聲明的所有方法。根據(jù)里氏替換原則，為了保證系統(tǒng)的擴(kuò)展性，在程序中通常使用父類來進(jìn)行定義，如果一個(gè)方法只存在子類中，在父類中不提供相應(yīng)的聲明，則無法在以父類定義的對象中使用該方法。
      
      2： 我們在運(yùn)用里氏替換原則時(shí)，盡量把父類設(shè)計(jì)為抽象類或者接口，讓子類繼承父類或?qū)崿F(xiàn)父接口，并實(shí)現(xiàn)在父類中聲明的方法，運(yùn)行時(shí)，子類實(shí)例替換父類實(shí)例，我們可以很方便地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)的功能，同時(shí)無須修改原有子類的代碼，增加新的功能可以通過增加一個(gè)新的子類來實(shí)現(xiàn)。里氏替換原則其實(shí)就是“開閉原則”的具體實(shí)現(xiàn)手段之一！

     我們從序號為2的表述中可以看出，其實(shí)“里氏替換”原則就是一種更加具體的手段來實(shí)現(xiàn)“開閉原則”。 序號為2的理論其實(shí)就是我們常說的“動態(tài)多態(tài)性”的規(guī)則。

     針對以上理論，為了更好的理解，筆者給出“里氏替換原則”的實(shí)現(xiàn)參考代碼，供C#初學(xué)者進(jìn)行參考研究，有具體問題，可以留言，謝謝！

   //參考源碼1： 以下是使用“虛方法”，來實(shí)現(xiàn)“里氏替換”。

    class Person
    {
        //虛方法
        public virtual void SpeakLanguage()
        {
            Console.WriteLine("Person, 說話方法");
        }
    }
    
    class MrLiu:Person
    {
        //方法重寫
        public override void SpeakLanguage()
        {
            Console.WriteLine("MrLiu, 劉老師說中國話！");
        }
    }
    
    class Tom:Person
    {
        //方法重寫
        public override void SpeakLanguage()
        {
            Console.WriteLine("Tom, Tom Speak Engligh！");
        }
    }
    
    class Test
    {
        public static void Main()
        {
              /*  “里氏替換原則”（即：動態(tài)多態(tài)性）測試 */

              //功能的定義部分
              //Person per = new MrLiu();   //打印“MrLiu, 劉老師說中國話！”
              Person per = new Tom();        //打印“Tom, Tom Speak Engligh！”

              //功能的實(shí)現(xiàn)部分

              per.SpeakLanguage();
        }
    }

   //參考源碼2： 以下是使用“接口”，來實(shí)現(xiàn)“里氏替換”。

    interface ISpeakable
    {
        //抽象方法
        void SpeakLanguage();
    }
    
    class MrLiu:ISpeakable
    {
        //方法實(shí)現(xiàn)
        void ISpeakable.SpeakLanguage()
        {
            Console.WriteLine("MrLiu, 劉老師說中國話！");
        }
    }
    
    class Tom:ISpeakable
    {
        //方法實(shí)現(xiàn)
        void ISpeakable.SpeakLanguage()
        {
            Console.WriteLine("Tom, Tom Speak Engligh！");
        }
    }
    
    class Test
    {
        public static void Main()
        {
            /*  “里氏替換原則”（即：動態(tài)多態(tài)性）測試 */
            //功能的定義部分
            //ISpeakable Ispeak = new Tom();//打印“Tom, Tom Speak Engligh！”
            ISpeakable Ispeak = new MrLiu();//打印“MrLiu, 劉老師說中國話！”

            //功能的實(shí)現(xiàn)部分           
            Ispeak.SpeakLanguage();
        }
    }

   以上兩段代碼，分別用了父類“虛方法”與“接口”的方式分別實(shí)現(xiàn)“里氏替換”，當(dāng)然還可以用“抽象類”來實(shí)現(xiàn)，究竟三者哪個(gè)方式，更應(yīng)該優(yōu)先使用呢？ 現(xiàn)給出一個(gè)原則：

    “里氏替換”原則可以用以下方式來實(shí)現(xiàn)：
    1> 虛方法的動態(tài)多態(tài)性。
    2> 抽象方法的動態(tài)多態(tài)性。
    3> 接口方法的動態(tài)多態(tài)性。

      規(guī)則： 實(shí)現(xiàn)“里氏替換”原則（動態(tài)多態(tài)性）： 能用接口，不用抽象方法，能用抽象方法，不用虛方法。

    好了，針對以上問題，筆者就總結(jié)以上內(nèi)容，感興趣的C#編程愛好者可以進(jìn)行留言討論。