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深入理解JavaScript系列(8):S.O.L.I.D五大原则之里氏替换原则LSP

2012-01-10 08:56 by 汤姆大叔, ... 阅读, ... 评论, 收藏, 编辑

前言

本章我们要讲解的是S.O.L.I.D五大原则JavaScript语言实现的第3篇,里氏替换原则LSP(The Liskov Substitution Principle )。

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

开闭原则的描述是:

Subtypes must be substitutable for their base types.
派生类型必须可以替换它的基类型。

在面向对象编程里,继承提供了一个机制让子类和共享基类的代码,这是通过在基类型里封装通用的数据和行为来实现的,然后已经及类型来声明更详细的子类型,为了应用里氏替换原则,继承子类型需要在语义上等价于基类型里的期望行为。

为了来更好的理解,请参考如下代码:

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";
}
};
}

上述代码我们定义了一个Vehicle函数,其构造函数为vehicle对象提供了一些基本的操作,我们来想想如果当前函数当前正运行在服务客户的产品环境上,如果现在需要添加一个新的构造函数来实现加快移动的vehicle。思考以后,我们写出了如下代码:

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

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

在浏览器的控制台我们都测试了,所有的功能都是我们的预期,没有问题,FastVehicle的速度增快了3倍,而且继承他的方法也是按照我们的预期工作。此后,我们开始部署这个新版本的类库到产品环境上,可是我们却接到了新的构造函数导致现有的代码不能支持执行了,下面的代码段揭示了这个问题:

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());
};

根据上面的代码,我们看到抛出的异常是“The vehicle is still moving!”,这是因为写这段代码的作者一直认为加速(accelerate)和减速(decelerate)的数字是一样的。但FastVehicle的代码和Vehicle的代码并不是完全能够替换掉的。因此,FastVehicle违反了里氏替换原则。 

在这点上,你可能会想:“但,客户端不能老假定vehicle都是按照这样的规则来做”,里氏替换原则(LSP)的妨碍(译者注:就是妨碍实现LSP的代码)不是基于我们所想的继承子类应该在行为里确保更新代码,而是这样的更新是否能在当前的期望中得到实现。

上述代码这个case,解决这个不兼容的问题需要在vehicle类库或者客户端调用代码上进行一点重新设计,或者两者都要改。

减少LSP妨碍

那么,我们如何避免LSP妨碍?不幸的话,并不是一直都是可以做到的。我们这里有几个策略我们处理这个事情。

契约(Contracts)

处理LSP过分妨碍的一个策略是使用契约,契约清单有2种形式:执行说明书(executable specifications)和错误处理,在执行说明书里,一个详细类库的契约也包括一组自动化测试,而错误处理是在代码里直接处理的,例如在前置条件,后置条件,常量检查等,可以从Bertrand Miller的大作《契约设计》中查看这个技术。虽然自动化测试和契约设计不在本篇文字的范围内,但当我们用的时候我还是推荐如下内容:

  1. 检查使用测试驱动开发(Test-Driven Development)来指导你代码的设计
  2. 设计可重用类库的时候可随意使用契约设计技术

对于你自己要维护和实现的代码,使用契约设计趋向于添加很多不必要的代码,如果你要控制输入,添加测试是非常有必要的,如果你是类库作者,使用契约设计,你要注意不正确的使用方法以及让你的用户使之作为一个测试工具。

避免继承

避免LSP妨碍的另外一个测试是:如果可能的话,尽量不用继承,在Gamma的大作《Design Patterns – Elements of Reusable Object-Orineted Software》中,我们可以看到如下建议:

Favor object composition over class inheritance
尽量使用对象组合而不是类继承

有些书里讨论了组合比继承好的唯一作用是静态类型,基于类的语言(例如,在运行时可以改变行为),与JavaScript相关的一个问题是耦合,当使用继承的时候,继承子类型和他们的基类型耦合在一起了,就是说及类型的改变会影响到继承子类型。组合倾向于对象更小化,更容易想静态和动态语言语言维护。

与行为有关,而不是继承

到现在,我们讨论了和继承上下文在内的里氏替换原则,指示出JavaScript的面向对象实。不过,里氏替换原则(LSP)的本质不是真的和继承有关,而是行为兼容性。JavaScript是一个动态语言,一个对象的契约行为不是对象的类型决定的,而是对象期望的功能决定的。里氏替换原则的初始构想是作为继承的一个原则指南,等价于对象设计中的隐式接口。

举例来说,让我们来看一下Robert C. Martin的大作《敏捷软件开发 原则、模式与实践》中的一个矩形类型:

矩形例子

考虑我们有一个程序用到下面这样的一个矩形对象:

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

过后,程序有需要一个正方形,由于正方形就是一个长(length)和宽(width)都一样的特殊矩形,所以我们觉得创建一个正方形代替矩形。我们添加了length和width属性来匹配矩形的声明,但我们觉得使用属性的getters/setters一般我们可以让length和width保存同步,确保声明的是一个正方形:

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,当我们使用正方形代替矩形执行代码的时候发现了问题,其中一个计算矩形面积的方法如下:

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

该方法在调用的时候,结果是16,而不是期望的12,我们的正方形square对象违反了LSP原则,square的长度和宽度属性暗示着并不是和矩形100%兼容,但我们并不总是这样明确的暗示。解决这个问题,我们可以重新设计一个shape对象来实现程序,依据多边形的概念,我们声明rectangle和square,relevant。不管怎么说,我们的目的是要说里氏替换原则并不只是继承,而是任何方法(其中的行为可以另外的行为)。

总结

里氏替换原则(LSP)表达的意思不是继承的关系,而是任何方法(只要该方法的行为能体会另外的行为就行)。

同步与推荐

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