30-4 之軟體架構設計原則 3 - LSP 里氏替換原則

13th鐵人賽

馬克

2021-09-19 23:37:32

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軟體架構設計原則一切都是為了下面這兩點，別忘了。

低耦合
高內聚

LSP 這個原則比較傾向是在物件導向才會有的設計原則，這也正常畢竟我們在討論的軟體設計原則 SOLID 最開始為『物件導向設計原則』，但是在很多地方事實上也通用，不過這個原則就比較算是在物件導向才能用的。

LSP ( Liskov-Substitution Principle ) 里氏替換原則是什麼呢 ?

根據《 Clean Architecture 》這本書提到 1988 年，Barbara Liskov 寫下定義子型態的方式 :

若對型態 S 的每一個物件 o1，都存在一個型態為 T 的件 o2，使得在所有針對 T 編寫的程式 P 中，用 o1 替換 o2 後，程式 P 的行為功能不變，則 S 是 T 的子型態

我覺得比較白話文的說法為 :

在使用父類別的地方，如果替換成子類別，則行為功能不變

為什麼會要有這個準則呢 ? 你想想如果替換成子類別不能用，那是不是就有機率這個子類別實際上，不適合長在這個父類別下，因為子類別已經破壞了父類別的繼承體系，就有可能會在未來發生可能的 Bug。

像我在實務上的確有看過，有個子類別已經違反 LSP，但是因為一些原因與時間很難改，結果導致父類別有很多地方，要為了這個子類別寫特殊判斷，結果特殊判斷和原本的行為打架。

不過在《 Clean Architecture 》有提到一個重點 :

LSP 視為指導『繼承』的使用，但是多年來已涉及到介面與實作，它已經演變成更廣泛的軟體原則

也就是說這個原則，已經慢慢變成『除了繼承以外的準則』

範例

這個範例是《 Clean Architecture 》中最有名的正方形與長方形問題，正方形只是長方形長與寬相同的情況，所以這裡範例正方形繼承長方形。

然後這個範例違反 LSP 的情況為，如果是用長方形父類別來計算面積答案就對，而如果改成用正方形來計算面積就會錯。別忘了 LSP 的定義為 :

在使用父類別的地方，如果替換成子類別，則行為功能不變

class Rectangle{
    h:number
    w:number
    setHeight(h): void{}
    setWidth(w): void{}
    getArea(){
        return this.w * this.h
    }
}

class Square extends Rectangle{
    setHeight(h): void {
        this.h = h
        this.w = h
    }
    setWidth(w): void {
        this.h = w
        this.w = w
    }
}

const square = new Square()
square.setHeight(10)
square.setWidth(20)

// 這裡就會有問題，行為和答案不合
const area = square.getArea()

小總結

LSP 目前應該是我實務上比較少碰到的，比較大的原因在於比較少用到繼承，主要的原因在於繼承是個依賴性很高的東西，而果真的要用到繼承我也會傾向以『做什麼』來設計這個父類別。詳細為什麼不用的原因我覺得這篇文章寫的很清楚了 ~ 可參考

Why inheritance is bad?

老樣子，來問一下三個問題，來加深記憶

這個知識點可以用來解釋什麼現象

LSP 原則基本上是在討論什麼情況使用繼承會有問題，而事實上很多在研究這個原則時，也慢慢的發現使用繼承的問題。

這個知識點可以和以前的什麼知識連結呢 ?

LSP 讓我連想到以前在討論繼承的可能問題，例如 :

繼承可以減少不少程式碼，但同時也有負牽一髮動全身的問題
容易讓人在父類別加方法，但確發現只有一個子類別用到
繼承有時可能會導致維護性下降，例如看一段子類別有個 workaround，然後往上追可能要到祖父類別後，才知道這個 workaround 是為了解決祖父類別給其它子類別的 workaround 的 workaround。