Подстановочный принцип Барборы Лисков

Введение

Принцип подстановки Барбары Лисков (Liskov Substitution Principle, LSP) является одним из пяти принципов SOLID в объектно-ориентированном программировании. Он был сформулирован Барбарой Лисков в 1987 году и гласит, что объекты подклассов должны быть взаимозаменяемы с объектами их базовых классов.

Основные концепции

Определение LSP

Принцип подстановки Лисков гласит:

“Функции, использующие указатели или ссылки на базовые классы, должны иметь возможность использовать объекты производных классов, не зная об этом.”

Важность LSP

LSP обеспечивает гибкость и повторное использование кода. Соблюдение этого принципа позволяет создавать более устойчивые и поддерживаемые системы.

Примеры

Пример 1: Корректное использование LSP

Базовый класс

class Rectangle {
public:
    virtual void setWidth(double width) {
        this->width = width;
    }

    virtual void setHeight(double height) {
        this->height = height;
    }

    virtual double getWidth() const {
        return width;
    }

    virtual double getHeight() const {
        return height;
    }

    virtual double area() const {
        return width * height;
    }

protected:
    double width;
    double height;
};

Производный класс

class Square : public Rectangle {
public:
    void setWidth(double side) override {
        this->width = side;
        this->height = side;
    }

    void setHeight(double side) override {
        this->width = side;
        this->height = side;
    }
};

Пример использования

void process(Rectangle& rect) {
    rect.setWidth(5);
    rect.setHeight(10);
    std::cout << "Area: " << rect.area() << std::endl;
}

int main() {
    Rectangle rect;
    Square sq;

    process(rect); // Корректный вывод: Area: 50
    process(sq);   // Корректный вывод: Area: 100

    return 0;
}

Пример 2: Нарушение LSP

Базовый класс

class Bird {
public:
    virtual void fly() {
        std::cout << "Bird is flying" << std::endl;
    }
};

Производный класс

class Penguin : public Bird {
public:
    void fly() override {
        std::cout << "Penguins cannot fly" << std::endl;
    }
};

Пример использования

void letBirdFly(Bird& bird) {
    bird.fly();
}

int main() {
    Bird bird;
    Penguin penguin;

    letBirdFly(bird);    // Корректный вывод: Bird is flying
    letBirdFly(penguin); // Некорректный вывод: Penguins cannot fly

    return 0;
}

В данном примере, передача объекта Penguin в функцию letBirdFly нарушает принцип подстановки Лисков, так как Penguin не соответствует ожиданиям базового класса Bird.

Как соблюдать LSP

Контрактный дизайн

Базовый и производный классы должны соблюдать общий контракт, что означает выполнение всех ожидаемых операций.

Избегайте нарушения предусловий и постусловий

Предусловия не должны быть усилены в подклассе, а постусловия не должны быть ослаблены.

Инварианты

Подклассы должны сохранять инварианты базовых классов.

Резюме

Принцип подстановки Лисков гласит, что объекты подклассов должны быть взаимозаменяемы с объектами их базовых классов.
Соблюдение LSP улучшает гибкость, повторное использование кода и поддерживаемость системы.
Корректное использование LSP: подклассы сохраняют поведение базового класса.
Нарушение LSP: подклассы изменяют поведение базового класса, что может привести к неожиданным результатам.
Рекомендации: соблюдать контрактный дизайн, предусловия, постусловия и инварианты базовых классов.