JavaScript S.O.L.I.D五大原則之里氏替換原則LSP

本章我們要講解的是S.O.L.I.D五大原則JavaScript語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的第3篇，里氏替換原則LSP（The Liskov Substitution Principle ）。

英文原文：http://freshbrewedcode.com/derekgreer/2011/12/31/solid-javascript-the-liskov-substitution-principle/

開(kāi)閉原則的描述是：

Subtypes must be substitutable for their base types.
派生類型必須可以替換它的基類型。 

在面向?qū)ο缶幊汤?，繼承提供了一個(gè)機(jī)制讓子類和共享基類的代碼，這是通過(guò)在基類型里封裝通用的數(shù)據(jù)和行為來(lái)實(shí)現(xiàn)的，然后已經(jīng)及類型來(lái)聲明更詳細(xì)的子類型，為了應(yīng)用里氏替換原則，繼承子類型需要在語(yǔ)義上等價(jià)于基類型里的期望行為。

為了來(lái)更好的理解，請(qǐng)參考如下代碼：

function Vehicle(my) {
    var my = my || {};
    my.speed = 0;
    my.running = false;

    this.speed = function() {
        return my.speed;
    };
    this.start = function() {
        my.running = true;
    };
    this.stop = function() {
        my.running = false;
    };
    this.accelerate = function() {
        my.speed++;
    };
    this.decelerate = function() {
        my.speed--;
    }, this.state = function() {
        if (!my.running) {
            return "parked";
        }
        else if (my.running && my.speed) {
            return "moving";
        }
        else if (my.running) {
            return "idle";
        }
    };
}

上述代碼我們定義了一個(gè)Vehicle函數(shù)，其構(gòu)造函數(shù)為vehicle對(duì)象提供了一些基本的操作，我們來(lái)想想如果當(dāng)前函數(shù)當(dāng)前正運(yùn)行在服務(wù)客戶的產(chǎn)品環(huán)境上，如果現(xiàn)在需要添加一個(gè)新的構(gòu)造函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)加快移動(dòng)的vehicle。思考以后，我們寫出了如下代碼：

function FastVehicle(my) {
    var my = my || {};

    var that = new Vehicle(my);
    that.accelerate = function() {
        my.speed += 3;
    };
    return that;
}

在瀏覽器的控制臺(tái)我們都測(cè)試了，所有的功能都是我們的預(yù)期，沒(méi)有問(wèn)題，F(xiàn)astVehicle的速度增快了3倍，而且繼承他的方法也是按照我們的預(yù)期工作。此后，我們開(kāi)始部署這個(gè)新版本的類庫(kù)到產(chǎn)品環(huán)境上，可是我們卻接到了新的構(gòu)造函數(shù)導(dǎo)致現(xiàn)有的代碼不能支持執(zhí)行了，下面的代碼段揭示了這個(gè)問(wèn)題：

var maneuver = function(vehicle) {
    write(vehicle.state());
    vehicle.start();
    write(vehicle.state());
    vehicle.accelerate();
    write(vehicle.state());
    write(vehicle.speed());
    vehicle.decelerate();
    write(vehicle.speed());
    if (vehicle.state() != "idle") {
        throw "The vehicle is still moving!";
    }
    vehicle.stop();
    write(vehicle.state());
};

根據(jù)上面的代碼，我們看到拋出的異常是“The vehicle is still moving!”，這是因?yàn)閷戇@段代碼的作者一直認(rèn)為加速（accelerate）和減速（decelerate）的數(shù)字是一樣的。但FastVehicle的代碼和Vehicle的代碼并不是完全能夠替換掉的。因此，F(xiàn)astVehicle違反了里氏替換原則。 

在這點(diǎn)上，你可能會(huì)想：“但，客戶端不能老假定vehicle都是按照這樣的規(guī)則來(lái)做”，里氏替換原則(LSP)的妨礙（譯者注：就是妨礙實(shí)現(xiàn)LSP的代碼）不是基于我們所想的繼承子類應(yīng)該在行為里確保更新代碼，而是這樣的更新是否能在當(dāng)前的期望中得到實(shí)現(xiàn)。

上述代碼這個(gè)case，解決這個(gè)不兼容的問(wèn)題需要在vehicle類庫(kù)或者客戶端調(diào)用代碼上進(jìn)行一點(diǎn)重新設(shè)計(jì)，或者兩者都要改。

減少LSP妨礙

那么，我們?nèi)绾伪苊釲SP妨礙？不幸的話，并不是一直都是可以做到的。我們這里有幾個(gè)策略我們處理這個(gè)事情。

契約（Contracts）

處理LSP過(guò)分妨礙的一個(gè)策略是使用契約，契約清單有2種形式：執(zhí)行說(shuō)明書（executable specifications）和錯(cuò)誤處理，在執(zhí)行說(shuō)明書里，一個(gè)詳細(xì)類庫(kù)的契約也包括一組自動(dòng)化測(cè)試，而錯(cuò)誤處理是在代碼里直接處理的，例如在前置條件，后置條件，常量檢查等，可以從Bertrand Miller的大作《契約設(shè)計(jì)》中查看這個(gè)技術(shù)。雖然自動(dòng)化測(cè)試和契約設(shè)計(jì)不在本篇文字的范圍內(nèi)，但當(dāng)我們用的時(shí)候我還是推薦如下內(nèi)容：

1. 檢查使用測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)（Test-Driven Development）來(lái)指導(dǎo)你代碼的設(shè)計(jì)
2. 設(shè)計(jì)可重用類庫(kù)的時(shí)候可隨意使用契約設(shè)計(jì)技術(shù)

對(duì)于你自己要維護(hù)和實(shí)現(xiàn)的代碼，使用契約設(shè)計(jì)趨向于添加很多不必要的代碼，如果你要控制輸入，添加測(cè)試是非常有必要的，如果你是類庫(kù)作者，使用契約設(shè)計(jì)，你要注意不正確的使用方法以及讓你的用戶使之作為一個(gè)測(cè)試工具。

避免繼承

避免LSP妨礙的另外一個(gè)測(cè)試是：如果可能的話，盡量不用繼承，在Gamma的大作《Design Patterns – Elements of Reusable Object-Orineted Software》中，我們可以看到如下建議：

Favor object composition over class inheritance
盡量使用對(duì)象組合而不是類繼承

有些書里討論了組合比繼承好的唯一作用是靜態(tài)類型，基于類的語(yǔ)言（例如，在運(yùn)行時(shí)可以改變行為），與JavaScript相關(guān)的一個(gè)問(wèn)題是耦合，當(dāng)使用繼承的時(shí)候，繼承子類型和他們的基類型耦合在一起了，就是說(shuō)及類型的改變會(huì)影響到繼承子類型。組合傾向于對(duì)象更小化，更容易想靜態(tài)和動(dòng)態(tài)語(yǔ)言語(yǔ)言維護(hù)。

與行為有關(guān)，而不是繼承

到現(xiàn)在，我們討論了和繼承上下文在內(nèi)的里氏替換原則，指示出JavaScript的面向?qū)ο髮?shí)。不過(guò)，里氏替換原則（LSP）的本質(zhì)不是真的和繼承有關(guān)，而是行為兼容性。JavaScript是一個(gè)動(dòng)態(tài)語(yǔ)言，一個(gè)對(duì)象的契約行為不是對(duì)象的類型決定的，而是對(duì)象期望的功能決定的。里氏替換原則的初始構(gòu)想是作為繼承的一個(gè)原則指南，等價(jià)于對(duì)象設(shè)計(jì)中的隱式接口。

舉例來(lái)說(shuō)，讓我們來(lái)看一下Robert C. Martin的大作《敏捷軟件開(kāi)發(fā) 原則、模式與實(shí)踐》中的一個(gè)矩形類型：

矩形例子

考慮我們有一個(gè)程序用到下面這樣的一個(gè)矩形對(duì)象:

var rectangle = {
    length: 0,
    width: 0
};

過(guò)后，程序有需要一個(gè)正方形，由于正方形就是一個(gè)長(zhǎng)(length)和寬(width)都一樣的特殊矩形，所以我們覺(jué)得創(chuàng)建一個(gè)正方形代替矩形。我們添加了length和width屬性來(lái)匹配矩形的聲明，但我們覺(jué)得使用屬性的getters/setters一般我們可以讓length和width保存同步，確保聲明的是一個(gè)正方形：

var square = {};
(function() {
    var length = 0, width = 0;
    // 注意defineProperty方式是262-5版的新特性
    Object.defineProperty(square, "length", {
        get: function() { return length; },
        set: function(value) { length = width = value; }
    });
    Object.defineProperty(square, "width", {
        get: function() { return width; },
        set: function(value) { length = width = value; }
    });
})();

不幸的是，當(dāng)我們使用正方形代替矩形執(zhí)行代碼的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，其中一個(gè)計(jì)算矩形面積的方法如下：

var g = function(rectangle) {
    rectangle.length = 3;
    rectangle.width = 4;
    write(rectangle.length);
    write(rectangle.width);
    write(rectangle.length * rectangle.width);
};

該方法在調(diào)用的時(shí)候，結(jié)果是16，而不是期望的12，我們的正方形square對(duì)象違反了LSP原則，square的長(zhǎng)度和寬度屬性暗示著并不是和矩形100%兼容，但我們并不總是這樣明確的暗示。解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以重新設(shè)計(jì)一個(gè)shape對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)程序，依據(jù)多邊形的概念，我們聲明rectangle和square，relevant。不管怎么說(shuō)，我們的目的是要說(shuō)里氏替換原則并不只是繼承，而是任何方法（其中的行為可以另外的行為）。

總結(jié)

里氏替換原則（LSP）表達(dá)的意思不是繼承的關(guān)系，而是任何方法（只要該方法的行為能體會(huì)另外的行為就行）。