Liskov substitution principle

里氏替換原則(Liskov substitution principle)：子類(Subclass)必須要可以替代父類(Super class)，即任何父類出現的地方，都可以使用其子類替換，而不影響程式的正確性。

在考慮里氏替換原則時，可以遵循以下幾點：

• 避免移除特性：如果在父類的行為中，如果子類中沒有這個特性的話，你可能違反了里氏替換原則(If you are removing features when subclassing, you are likely breaking Liskov substitution)。在設計時，
  • 如果子類中出現了NotImplementedException，那你可能違反了里氏替換原則
  • 如果出現只能是空白的方法也可能違反了里氏替換原則
• 保持抽象簡單：盡量讓抽象保持簡單(Keep abstractions simple)：如果在基類放入越多的邏輯，那你有很大的機率違反了里氏替換原則。基類應只包含子類可以共有的方法。
• 子類需要有與基類相同的公有成員(A subclass needs to have the same public members as the base class)：這些成員在呼叫時還需要具有相同的行為。
• 先考慮類的API再建立層次結構：在建立類的層次結構前先考慮它們的API(Consider the class API before establishing class hierarchies)：現實中的分類並不總能完全轉為類的結構，例如汽車(Car)與火車(Train)皆是車輛但它們不能直接繼承同一個父類，最好是將它們分開繼承
• 優先考慮組合而非繼承(Favor composition over inheritance)：在實作時，先考慮使用介面 (Interface) 或是將行為委託給其他類，而不是直接使用繼承。

例如：假設有一個交通工具 (Vehicle) 的類層次結構，會思考：汽車 (Car) 和卡車 (Truck) 繼承自交通工具 (Vehicle)，

public class Vehicle
{
    public float Speed { get; set; }
    public Vector3 Direction { get; set; }

    public virtual void GoForward()
    {
        // 移動向前的邏輯
    }

    public virtual void Reverse()
    {
        // 倒車的邏輯
    }

    public virtual void TurnRight()
    {
        // 右轉的邏輯
    }

    public virtual void TurnLeft()
    {
        // 左轉的邏輯
    }
}

public class Navigator
{
    public void Move(Vehicle vehicle)
    {
        vehicle.GoForward();
        vehicle.TurnLeft();
        vehicle.GoForward();
        vehicle.TurnRight();
        vehicle.GoForward();
    }
}

但若是將火車(Train)作為車輛(Vehicle)的子類則會違反里氏替換原則，這是因為火車沒有右轉(TurnRight)與左轉(TurnLeft)的行為，因此火車不能作為車輛(Vehicle)的子類。

為了修正，可以將轉彎(Turn)和移動(Move)動作抽象為介面可轉彎(ITurnable)和可移動(IMovable)

public interface ITurnable
{
    void TurnRight();
    void TurnLeft();
}

public interface IMovable
{
    void GoForward();
    void Reverse();
}

並將車輛分為可以在一般道路上行駛的車輛RoadVehicle，它實作可轉彎(ITurnable)和可移動(IMovable)

public class RoadVehicle : IMovable, ITurnable
{
    public float Speed { get; set; }
    public float TurnSpeed { get; set; }

    public virtual void GoForward()
    {
        // 移動向前的邏輯
    }

    public virtual void Reverse()
    {
        // 倒車的邏輯
    }

    public virtual void TurnLeft()
    {
        // 左轉的邏輯
    }

    public virtual void TurnRight()
    {
        // 右轉的邏輯
    }
}

與需要在軌道上行駛的車輛RailVehicle，它只實作可移動(IMovable)

public class RailVehicle : IMovable
{
    public float Speed { get; set; }

    public virtual void GoForward()
    {
        // 移動向前的邏輯
    }

    public virtual void Reverse()
    {
        // 倒車的邏輯
    }
}

最後，定義汽車和火車的類：

public class Car : RoadVehicle
{
    // Car特有的實作
}

public class Train : RailVehicle
{
    // Train特有的實作
}

這樣，Navigator 類可以安全地操作所有可以移動的交通工具，而不需要關心它們是否能轉彎：

public class Navigator
{
    public void Move(IMovable movable)
    {
        movable.GoForward();
        movable.Reverse();
    }

    public void Turn(ITurnable turnable)
    {
        turnable.TurnLeft();
        turnable.TurnRight();
    }
}