C++里氏替换原则 继承体系设计规范

子类必须保持基类契约，不得强化前置条件或弱化后置条件；2. 避免重写非虚函数以确保多态一致性；3. 继承应体现“is-a”关系，防止语义错误；4. 合理设计虚函数，采用NVI模式并避免在构造/析构中调用虚函数。遵循这些规范可确保子类正确替换基类，维持程序行为稳定。

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle, lsp）是面向对象设计中的核心原则之一，强调子类对象应该能够替换其基类对象，而程序的行为不应发生改变。在C++中，正确应用该原则能提升继承体系的稳定性与可维护性。以下是基于该原则的继承体系设计规范。

1. 子类不应削弱基类的契约

基类定义了接口行为的“契约”，包括前置条件、后置条件和不变式。子类在重写方法时，不能加强前置条件或削弱后置条件。

• 前置条件不能更严格：例如，基类方法允许传入任意整数，子类不能限制只接受正数。
• 后置条件不能更弱：例如，基类保证返回非空指针，子类也不能返回可能为空的指针。
• 不变式必须保持：基类维护的状态约束，子类也必须遵守。

违反此规则会导致调用方在使用子类时出现意外行为，破坏可替换性。

2. 避免重写基类的非虚函数

C++中非虚函数是静态绑定，不支持多态。若子类隐藏了基类的非虚函数，将导致调用结果依赖于指针类型而非实际对象类型，违背LSP。

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

• 基类中希望被重写的函数应声明为virtual。
• 若发现需要重写非虚函数，说明设计存在缺陷，应重构基类接口。

确保多态行为的一致性，是实现替换的前提。

3. 继承应体现“是一种”关系

继承关系必须符合逻辑上的“is-a”语义。子类应真正是基类的一种特例，而非为了复用代码强行继承。

• 例如，“正方形继承自矩形”看似合理，但矩形的宽高可独立变化，正方形则不能。若基类提供set_width/set_height，子类重写时可能违反行为一致性，导致LSP被破坏。
• 此时更适合用组合或接口抽象，而非继承。

语义正确的继承才能保证替换的安全性。

4. 虚函数设计要合理

虚函数是实现多态的关键，设计时需考虑扩展性和约束。

• 基类中定义虚函数时，应明确其语义和调用时机。
• 可使用“非虚接口”模式（NVI）：基类提供公共非虚函数，内部调用受保护的虚函数，控制执行流程。
• 避免在构造函数或析构函数中调用虚函数，C++中此类调用不会动态分发，易造成行为不一致。

基本上就这些。遵循里氏替换原则，C++的继承体系才能做到可扩展、可替换、行为可控。设计时多问一句：“用子类替换基类，原有代码还能正确运行吗？”就能避免多数设计问题。