Design Principle - Liskov's Substitution Principle (LSP)

簡介

LSP指得是在程式中使用base class（基礎類別）的地方，
都能夠改用其derived class（沿生類別），
而且不會讓程式出現非預期的結果（例如RuntimeException），
也不會影響程式原本的功能。

亦即，derived class能夠做為base class的substitution（替代品）。

反面範例

最常見的例子，就是正方形與矩形之間的關係。

數學上來說，正方形是一種（is-A）矩形，

假設有個數學系統，
須新增一個能夠計算矩形面積的程式，
會直覺地設計成：



在系統中，設計了printArea method，用來印出矩形的面積：


當系統增加正方形時，會設計成：


當系統要計算Square的面積時，一樣透過printArea method：


上述程式翻譯成中文是：

建立一個正方形（是一種矩形），
設定長度為9，設定寬度為8，
（與正方形特性有所抵觸，因為正方形四邊一樣長，只要設定一個邊即可）
印出面積為64。

這樣的執行結果並不在使用者的預期中，
因為9 * 8 = 72 != 64

使用者只知道resize method接收Rectangle型態的物件，
即使傳入的物件為Square，
使用者預設仍然會認為setWidth與setHeight不會互相影響。

這就造成了問題。

因此，在進行物件導向設計時，不要違反了LSP，
也就是Liskov's Substitution Principle。

正面範例

在改善上述例子的方式前，
先思考Square和Rectangle之間的關係，
以及程式的目的（印出面積）。
針對上面兩點，可以歸納出，
1. Square只須要設定一個邊
2. Rectangle要設定二個邊
3. 兩者都須要印出面積

因此，改善的方式為：

Sqaure不用去繼承Rectangle（雖然數學老師會說正方形是一種矩形）
而是讓Square和Rectangle都去實作Shape interface：


然後以建構子的方式，傳入Rectangle的長寬和Square的邊。


之後就能夠正常地使用Rectangle與Square：


改善過後，
Rectangle維持長與寬，而Square只須要設定邊長
一來Rectangle與Square變得更明確，
二來程式也變得容易擴充。

結論

在設計程式時，須考慮base class與dervied class之間的關係，
不恰當的base class會影響dervied class，使其出現不必要的method（參考ISP），
同樣地，實作dervied class時，也必須思考到是否符合LSP，
避免程式發生非預期的問題。