設計原則入門：里氏替換原則 Liskov Substitution Principle

你有沒有遇到過這種情況：當你在開發過程中，使用了子類別替換父類別，結果卻發現程式變得不正常了？這很可能是你違反了「里氏替換原則 (Liskov Substitution Principle, LSP)」。LSP 是物件導向設計中的一個重要原則，能確保我們使用繼承時不會破壞程式的穩定性。

什麼是里氏替換原則？

里氏替換原則它強調：「子類別應該可以無縫替換父類別，而不會影響程式的正確性」。換句話說，在程式中某個地方用的是父類別，未來改成子類別後，程式還能正常運作。

這裡的核心思想是：繼承不只是重用父類別的程式碼，而是要確保子類別能「完美替代」父類別。如果某個子類別改變了父類別的行為邏輯，可能會破壞程式的穩定性。

舉個簡單的例子

想像有一個基礎類別叫做「鳥」，裡面有一個方法是「飛行」。如果我們繼承了一個新的類別叫「企鵝」，因為企鵝不能飛，這時候問題就來了。如果我們強制企鵝也有「飛行」這個行為，那麼當程式要求企鵝飛時，程式就會崩潰或出錯，因為它實際上無法做到。

正確設計的應該怎麼做？

所以在這個例子中，我們應該避免讓企鵝繼承那個飛行行為，那麼正確的做法是，我們可以把「飛行」行為拆分到另一個更適合的類別，而不強制所有鳥類都必須會飛。讓只有會飛的鳥類才有「飛行」這個行為，這樣一來，會飛的鳥類和不會飛的鳥類就不會再混淆，這樣的設計不僅清晰也變得更合理，還能避免潛在的錯誤，也符合里氏替換原則。

正確的設計應該是讓不同的類別各自處理自己的行為，而不是強行讓不相關的子類別擁有父類別的所有特徵。這樣可以確保子類別能夠替代父類別，而不會破壞系統的穩定性。

為什麼要遵守 LSP？

遵守 LSP 有助於程式的穩定性和可預測性。當子類別能無縫替代父類別時，系統就能更容易地進行維護與擴展。相反地，違反 LSP 的設計則容易引發隱藏的錯誤，這些錯誤往往難以發現跟修正。

總結一下，里氏替換原則是一種設計上的「最佳實踐」，幫助開發者更好地處理繼承關係，它還代表著更好的程式設計習慣和更健全的系統架構。

有興趣深入體會設計原則的朋友，可以參考我今年在iThome鐵人賽的文章。
https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10355395