C#forUnity快速入门(连载10)_C#里氏替换原则

 C#forUnity编程语言快速入门教程(连载10)_C#OOP编程之里氏替换原则

    最近在Unity教学过程中，有学员对于C#的“里氏替换原则”（LSP）产生疑问表示不太理解。问题集中在不知道这个原则是做什么，有什么优势，具体在游戏开发(程序开发)过程中有什么借鉴与指导作用。

    就以上问题我总结梳理一下，与大家共同探讨。

    起源： 在我们的程序开发过程中，起初应该都是以完成项目功能为重点。但是随着软件规模的不断扩大，人们发现只完成功能是远远不够的。于是聪明的软件工程师，从大量的编程实践中开始总结一些共性的软件开发理论，以供后人规范编程，更有效率、更稳定的开发各种项目（包括游戏项目）。

   目前公认的一些编程原则：

   1： 单一职责原则 英文名称是Single Responsibility Principle，简称SRP
   2： 开闭原则 英文全称是Open Close Principle，简称OCP

   3： 里氏替换原则 英文全称是Liskov Substitution Principle，简称LSP
   4： 依赖倒置原则  英文全称是Dependence Inversion Principle，简称DIP

    在以上编程开发原则中，“开闭原则”与“里氏替换原则”比较类似，都是研究如何在相对稳定的编码环境中，尽可能的允许程序功能的变化。也就是最低的编码改动量，实现最大程度的软件项目变化性，来适应用户对软件系统不断变化的功能要求。

    解释如上概念：

    “开放-封闭原则”（即： 开闭原则）(OCP):   对于程序的扩展是开放的(Open for extension)，对于程序的修改是封闭的（Closed for modification）

    “里氏替换原则”：子类型必须能够替换掉它们的父类型！（反之则不成立）

   “ 里氏替换”（也叫“里氏代换”原则）原则英文全称是Liskov Substitution Principle，简称LSP。 由2008年图灵奖得主、美国第一位计算机科学女博士Barbara Liskov教授和卡内基·梅隆大学Jeannette Wing教授于1994年提出。 里氏替换原则就是要求写程序前，先建立抽象，通过抽象建立规范，具体的实现在运行时替换掉抽象，保证系统的高扩展性、灵活性。

     “开闭原则”要求我们写的程序修改尽量要少（即：封闭），但是对于功能的扩展确实开放的、允许的。 这其实是提了一个很高的编程目标，很好的一个指导原则，但是如何具体到实现上，是没有方法的，是不接“底气”的。 所以“里氏替换”就给了一个具体的实现方法的原则，就是让子类来无缝的对接父类，“子类型必须能够替掉父类”。

    “里氏替换原则”具体的要求可以表述如下：

      1： 子类的所有方法必须在父类中声明，或子类必须实现父类中声明的所有方法。根据里氏替换原则，为了保证系统的扩展性，在程序中通常使用父类来进行定义，如果一个方法只存在子类中，在父类中不提供相应的声明，则无法在以父类定义的对象中使用该方法。
      
      2： 我们在运用里氏替换原则时，尽量把父类设计为抽象类或者接口，让子类继承父类或实现父接口，并实现在父类中声明的方法，运行时，子类实例替换父类实例，我们可以很方便地扩展系统的功能，同时无须修改原有子类的代码，增加新的功能可以通过增加一个新的子类来实现。里氏替换原则其实就是“开闭原则”的具体实现手段之一！

     我们从序号为2的表述中可以看出，其实“里氏替换”原则就是一种更加具体的手段来实现“开闭原则”。 序号为2的理论其实就是我们常说的“动态多态性”的规则。

     针对以上理论，为了更好的理解，笔者给出“里氏替换原则”的实现参考代码，供C#初学者进行参考研究，有具体问题，可以留言，谢谢！

   //参考源码1： 以下是使用“虚方法”，来实现“里氏替换”。

    class Person
    {
        //虚方法
        public virtual void SpeakLanguage()
        {
            Console.WriteLine("Person, 说话方法");
        }
    }
    
    class MrLiu:Person
    {
        //方法重写
        public override void SpeakLanguage()
        {
            Console.WriteLine("MrLiu, 刘老师说中国话！");
        }
    }
    
    class Tom:Person
    {
        //方法重写
        public override void SpeakLanguage()
        {
            Console.WriteLine("Tom, Tom Speak Engligh！");
        }
    }
    
    class Test
    {
        public static void Main()
        {
              /*  “里氏替换原则”（即：动态多态性）测试 */

              //功能的定义部分
              //Person per = new MrLiu();   //打印“MrLiu, 刘老师说中国话！”
              Person per = new Tom();        //打印“Tom, Tom Speak Engligh！”

              //功能的实现部分

              per.SpeakLanguage();
        }
    }

   //参考源码2： 以下是使用“接口”，来实现“里氏替换”。

    interface ISpeakable
    {
        //抽象方法
        void SpeakLanguage();
    }
    
    class MrLiu:ISpeakable
    {
        //方法实现
        void ISpeakable.SpeakLanguage()
        {
            Console.WriteLine("MrLiu, 刘老师说中国话！");
        }
    }
    
    class Tom:ISpeakable
    {
        //方法实现
        void ISpeakable.SpeakLanguage()
        {
            Console.WriteLine("Tom, Tom Speak Engligh！");
        }
    }
    
    class Test
    {
        public static void Main()
        {
            /*  “里氏替换原则”（即：动态多态性）测试 */
            //功能的定义部分
            //ISpeakable Ispeak = new Tom();//打印“Tom, Tom Speak Engligh！”
            ISpeakable Ispeak = new MrLiu();//打印“MrLiu, 刘老师说中国话！”

            //功能的实现部分           
            Ispeak.SpeakLanguage();
        }
    }

   以上两段代码，分别用了父类“虚方法”与“接口”的方式分别实现“里氏替换”，当然还可以用“抽象类”来实现，究竟三者哪个方式，更应该优先使用呢？ 现给出一个原则：

    “里氏替换”原则可以用以下方式来实现：
    1> 虚方法的动态多态性。
    2> 抽象方法的动态多态性。
    3> 接口方法的动态多态性。

      规则： 实现“里氏替换”原则（动态多态性）： 能用接口，不用抽象方法，能用抽象方法，不用虚方法。

    好了，针对以上问题，笔者就总结以上内容，感兴趣的C#编程爱好者可以进行留言讨论。