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教學過程中，有學員對于C#的“里氏替換原則”（LSP）產生疑問表示不太理解。問題集中在不知道這個原則是做什么，有什么優勢，具體在游戲開發(程序開發)過程中有什么借鑒與指導作用。

    就以上問題我總結梳理一下，與大家共同探討。

    起源： 在我們的程序開發過程中，起初應該都是以完成項目功能為重點。但是隨著軟件規模的不斷擴大，人們發現只完成功能是遠遠不夠的。于是聰明的軟件工程師，從大量的編程實踐中開始總結一些共性的軟件開發理論，以供后人規范編程，更有效率、更穩定的開發各種項目（包括游戲項目）。

   目前公認的一些編程原則：

   1： 單一職責原則 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定的編碼環境中，盡可能的允許程序功能的變化。也就是最低的編碼改動量，實現最大程度的軟件項目變化性，來適應用戶對軟件系統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！（反之則不成立）

   “ 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、美國第一位計算機科學女博士Barbara Liskov教授和卡內基·梅隆大學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，通過抽象建立規范，具體的實現在運行時替換掉抽象，保證系統的高擴展性、靈活性。

     “開閉原則”要求我們寫的程序修改盡量要少（即：封閉），但是對于功能的擴展確實開放的、允許的。 這其實是提了一個很高的編程目標，很好的一個指導原則，但是如何具體到實現上，是沒有方法的，是不接“底氣”的。 所以“里氏替換”就給了一個具體的實現方法的原則，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，或子類必須實現父類中聲明的所有方法。根據里氏替換原則，為了保證系統的擴展性，在程序中通常使用父類來進行定義，如果一個方法只存在子類中，在父類中不提供相應的聲明，則無法在以父類定義的對象中使用該方法。
      
      2： 我們在運用里氏替換原則時，盡量把父類設計為抽象類或者接口，讓子類繼承父類或實現父接口，并實現在父類中聲明的方法，運行時，子類實例替換父類實例，我們可以很方便地擴展系統的功能，同時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新的子類來實現。里氏替換原則其實就是“開閉原則”的具體實現手段之一！

     我們從序號為2的表述中可以看出，其實“里氏替換”原則就是一種更加具體的手段來實現“開閉原則”。 序號為2的理論其實就是我們常說的“動態多態性”的規則。

     針對以上理論，為了更好的理解，筆者給出“里氏替換原則”的實現參考代碼，供C#初學者進行參考研究，有具體問題，可以留言，謝謝！

   //參考源碼1： 以下是使用“虛方法”，來實現“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：動態多態性）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！”

              //功能的實現部分

              per.SpeakLanguage();
        }
    }

   //參考源碼2： 以下是使用“接口”，來實現“里氏替換”。

    interface ISpeakable
    {
        //抽象方法
        void SpeakLanguage();
    }
    
    class MrLiu:ISpeakable
    {
        //方法實現
        void ISpeakable.SpeakLanguage()
        {
            Console.WriteLine("MrLiu, 劉老師說中國話！");
        }
    }
    
    class Tom:ISpeakable
    {
        //方法實現
        void ISpeakable.SpeakLanguage()
        {
            Console.WriteLine("Tom, Tom Speak Engligh！");
        }
    }
    
    class Test
    {
        public static void Main()
        {
            /*  “里氏替換原則”（即：動態多態性）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！”

            //功能的實現部分           
            Ispeak.SpeakLanguage();
        }
    }

   以上兩段代碼，分別用了父類“虛方法”與“接口”的方式分別實現“里氏替換”，當然還可以用“抽象類”來實現，究竟三者哪個方式，更應該優先使用呢？ 現給出一個原則：

    “里氏替換”原則可以用以下方式來實現：
    1> 虛方法的動態多態性。
    2> 抽象方法的動態多態性。
    3> 接口方法的動態多態性。

      規則： 實現“里氏替換”原則（動態多態性）： 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，筆者就總結以上內容，感興趣的C#編程愛好者可以進行留言討論。