C#面向对象编程中里氏替换原则的示例详解

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。

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。

总结

本文我介绍了 SOLID 原则中的里氏替换原则(Liskov substitution principle),并通过 C# 代码示例简明地诠释了它的含意和实现,希望对您有所帮助。

参考文档:

https://www.c-sharpcorner.com/blogs/liskov-substitution-principle-in-c-sharp

以上就是C#面向对象编程中里氏替换原则的示例详解的详细内容,更多关于C#里氏替换原则的资料请关注脚本之家其它相关文章!

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