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1. 原则定义

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle, LSP） 是SOLID五大原则中的"L"，由Barbara Liskov提出：

“子类对象必须能够替换其父类对象，而不会破坏程序的正确性。”

2. 核心思想

子类应该扩展父类的功能，而不是改变父类的原有行为
客户端代码应该无需知道它使用的是父类还是子类
子类可以增加新方法，但不应重写父类非抽象方法并改变其行为

3. Python实现示例

3.1 违反LSP的反例

class Rectangle:def __init__(self, width, height):self.width = widthself.height = heightdef area(self):return self.width * self.heightclass Square(Rectangle):def __init__(self, size):super().__init__(size, size)# 违反LSP：改变了父类属性的行为@propertydef width(self):return self._width@width.setterdef width(self, value):self._width = self._height = value@propertydef height(self):return self._height@height.setterdef height(self, value):self._width = self._height = value# 客户端代码
def print_area(shape: Rectangle):shape.width = 5shape.height = 4print(f"Expected area: 20, Actual area: {shape.area()}")rect = Rectangle(5, 4)
print_area(rect)  # 输出: Expected area: 20, Actual area: 20square = Square(5)
print_area(square)  # 输出: Expected area: 20, Actual area: 16 (违反LSP)

3.2 遵循LSP的改进方案

from abc import ABC, abstractmethodclass Shape(ABC):@abstractmethoddef area(self):passclass Rectangle(Shape):def __init__(self, width, height):self.width = widthself.height = heightdef area(self):return self.width * self.heightclass Square(Shape):def __init__(self, size):self.size = sizedef area(self):return self.size ** 2def print_area(shape: Shape):print(f"Area: {shape.area()}")# 客户端代码
rect = Rectangle(5, 4)
print_area(rect)  # 输出: Area: 20square = Square(4)
print_area(square)  # 输出: Area: 16

4. 使用场景

继承体系设计：当需要扩展父类功能时
接口实现：保证不同实现类可以互换使用
多态应用：方法参数接收父类类型时，可以传入任意子类
单元测试：可以用Mock对象替换真实对象

5. 最佳实践

优先使用组合而非继承：如果难以满足LSP，考虑使用组合
设计可替换的接口：子类不应强化前置条件或弱化后置条件
避免重写非抽象方法：子类应该只扩展行为，不修改行为
使用类型提示：Python 3.5+的类型提示可以帮助检查LSP
契约式设计：明确父类的契约，子类必须遵守

6. 检测LSP违反的方法

子类修改了父类方法抛出的异常类型
子类加强了前置条件（对输入要求更严格）
子类弱化了后置条件（对输出保证更少）
子类修改了父类方法的返回值类型
子类改变了父类方法的副作用

7. 总结

里氏替换原则是保证面向对象设计中多态能正确工作的基础原则。在Python这样的动态类型语言中，虽然编译器不会强制检查LSP，但遵守该原则能使代码更健壮、更易维护。通过合理设计继承层次、使用抽象基类(ABC)和类型提示，可以有效实现LSP。