从“Liskov替换原则”和“Refused Bequest”看“正方形为什么不能继承长方形”

    假设我们现在的需求是实现一个长方形，于是我们写下了这样的代码：

class  Rectangle
{
 protected double width;
 protected double height;

 public double Width
 {
  set{this.width=value;}
  get{return this.width;}
 }

 public double Height
 {
  set{this.height=value;}
  get{return this.height;}
 }

 public double Area//计算长方形的面积
 {
  get{return this.width*this.height;}
 }
}

    这个程序运行得很好，并被安装到多个Client。但现在需求增加了，Client需要一个正方体Square。按照平面几何学的观点，正方形是长与宽相等的特殊的长方形，即Square IS-A Rectangle，于是我们让Square继承Rectangle类。（PS:Square继承了Rectangle后它也有了相应的width和height字段，鉴于Square的长和宽相等，它仅需要这两个字段中的一个就够了，这就浪费了内存资源(如果在程序中定义很多个Square对象实例的话)。）

class  Square : Rectangle
{
    public new double Width
    {
        set { base.Height = base.Width = value; }
        get { return base.Width; }
    }/**//*由于父类Rectangle在设计时没有考虑将来会被Square继承，所以父类中字段width和height都被设成private，在子类Square中就只能调用父类的属性来set/get。*/

    public new double Height
    {
        set { base.Width = base.Height = value; }
        get { return base.Height; }
    }
}

    这段代码貌似运行良好，无论我们对Square和Rectangle对象做任何操作，都与数学上的正方形和长方形保持一致。这样看来设计似乎时自相容的、正确的；但是一个自相容的设计未必与所有的用户程序相容。例如假设我们在定义Square之前，对Rentangle进行了如下的单元测试：

void  TestRectangle(Rectangle r)
{
 r.Weight=10;
 r.Height=20;
 Assert.AreEqual(10,r.Weight);
 Assert.AreEqual(200,r.Area);
}
Rectangle r  =   new  Rectanglt();
TestRectangle(r);

    这段测试代码运行OK，但现在我们有了Square类，Square IS-A Rectangle，如果我们传入一个Square对象会如何呢？

Square s  =   new  Square();
TestRectangle(s);

    现在两个Assert测试都失败了...这样看来，Square在某些场合是不能替代Rectangle的，让Square继承Rectangle是一种不合理的设计，其违背了Liskov替换原则(LSP)。

    (Form《敏捷软件开发：原则、模式与实践》，以下简称PPP)LSP让我们得出一个非常重要的结论：一个模型，如果孤立地看，并不具有真正意义上的有效性，模型的有效性只能通过它的客户程序来表现。例如孤立地看Rectangle和Squre，它们时自相容的、有效的；但从对基类Rectangle做了合理假设的客户程序TestRectangle(Rectangle r)看，这个模型就有问题了。在考虑一个特定设计是否恰当时，不能完全孤立地来看这个解决方案，必须要根据该设计的使用者所作出的合理假设来审视它。

    目前也有一些技术可以支持我们将合理假设明确化，例如测试驱动开发(Test-Driven Development，TDD)和基于契约设计(Design by Contract，DBC)。但是有谁知道设计的使用者会作出什么样的合理假设呢？大多数这样的假设都很难预料。如果我们预测所有的假设的话，我们设计的系统可能也会充满不必要的复杂性。PPP一书中推荐的做法是：只预测那些最明显的违反LSP的情况，而推迟对所有其他假设的预测，直到出现相关的脆弱性的臭味(Bad Smell)时，才去处理它们。我觉得这句话还不够直白，Martin Fowler的《Refactoring》一书中“Refused Bequest”(拒收的遗赠)描述的更详尽：子类继承父类的methods和data，但子类仅仅只需要父类的部分Methods或data，而不是全部methods和data；当这种情况出现时，就意味这我们的继承体系出现了问题。例如上面的Rectangle和Square，Square本身长和宽相等，几何学中用边长来表示边，而Rectangle长和宽之分，直观地看，Square已经Refused了Rectangle的Bequest，让Square继承Rectangle是一个不合理的设计。

    现在再回到面向对象的基本概念上，子类继承父类表达的是一种IS-A关系，IS-A关系这种用法被认为是面向对象分析(OOA)基本技术之一。但正方形的的确确是一个长方形啊，难道它们之间不存在IS-A关系？关于这一点，《Java与模式》一书中的解释是：我们设计继承体系时，子类应该是可替代的父类的，是可替代关系，而不仅仅是IS-A的关系；而PPP一书中的解释是：从行为方式的角度来看，Square不是Rectangle，对象的行为方式才是软件真正所关注的问题；LSP清楚地指出，OOD中IS-A关系时就行为方式而言的，客户程序是可以对行为方式进行合理假设的。其实二者表达的是同一个意思。

 

参考：
《敏捷软件开发：原则、模式与实践》
《Java与模式》
《重构》

转载于:https://www.cnblogs.com/happyhippy/archive/2007/05/06/737040.html