不破坏 SOLID / LSP 的 Square Rectangle 实现答案

【问题标题】：Square Rectangle implementation that does not break SOLID / LSP不破坏 SOLID / LSP 的 Square Rectangle 实现
【发布时间】：2016-11-07 06:15:50
【问题描述】：

关于 SO 有几个线程与打破 Liskov 替换原则的经典设计示例有关：Square 和 Rectangle 类。问题首先证明如果 Square 扩展了 Rectangle 它违反了 LSP。很多人问如何解决这个问题。我听说过一些想法，包括拥有一个由 Rectangle 和 Square 等扩展的 Polygon 基类。我也想过这个问题，对我来说这是错误的方向 - 错误的讨论。 Square 不扩展 Rectangle。正方形不会向矩形添加功能或属性。正方形是长方形。它是一种矩形。

鉴于存在一个 Rectangle 类，并且我的任务是构建一个重用 Rectangle 的 Square 类，我将构建一个 Square 类，它的受保护属性是 Rectangle 的一个实例。我将公开所有适用于 Square 的 Rectangle 属性/方法，而不公开那些不适用的属性/方法。任何不适用于 Rectangle 的 Square 属性或方法都会出现在我的 Square 类中。这是我在 PHP 中的解决方案：

class Square {

    protected $rectangle;   // instance of Rectangle

    function __construct ($length) {
        if (!is_numeric ($length))
            throw new Exception ("Square::__contruct - length must be numeric");
        $this->rectangle = new Rectangle ($length, $length);  // given Rectangle (width, height)
    }

    public function getArea () {
        return $this->rectangle->getArea();
    }

    public function getLength () {
        return $this->rectangle->getWidth();  // or height pick one
    }

    public function setLength ($length) {
        if (!is_numeric ($length))
            throw new Exception ("Square::setLength - length must be numeric");
        $this->rectangle->setWidth ($length);
        $this->rectangle->setHeight ($length);
    }

    public function isSquare() {
        return ($this->rectangle->getHeight() == $this->rectangle->getWidth());
    }

}

正如论点所说，在 Square extends Rectangle 的情况下破坏 LSP 存在问题的原因是，其他人向 Rectangle 添加了一个方法，该方法通过某种因素改变了 Rectangle 的区域 - 我们称其为具有类似签名的方法

public function transformArea (factor)

实现为将宽度乘以因子。该论点指出，现在您的正方形将按因子的平方增长，因为您的宽度与高度相同，如果宽度增长 10%，则正方形将增长 21%。这并不完全正确，因为这不是这些系统实际工作的方式。实际发生的是宽度按因子增长，矩形的面积也按因子增长，但现在 Square 的实例实际上不再是正方形（在 Square extends Rectangle 的情况下），因为宽度和高度不再相同。在我的版本中，其他人可以将该方法添加到 Rectangle 并且它不会破坏 Square - 没有人可以在 Square 的实例上使用 Rectangle 的 transformArea 方法，因为它还没有被 Square 类公开。

如果有人指示添加此方法，然后另一个程序员将其添加到 Square 类中，只需将其从 Rectangle 类中公开，如下所示：

public function transformArea ($factor) {
    $this->rectangle->transformArea ($factor);
}

然后假设这个人完成了他们的工作并在类上运行了一个单元测试，他们会发现他们只是在运行这个方法时破坏了 isSquare。但是该测试可能会被添加到一堆测试的末尾，并且可能不会揭示错误。但这通常是开发的一个问题，不一定是这个系统的设计缺陷。

正确的答案是通过将长度增加因子的平方根来实现 Square 中的方法。像这样：

public function transformArea ($factor) {
    if (!is_numeric ($factor))
        throw new Exception ("Square::transformArea - factor must be numeric");
    if ($factor <= 0)
        throw new Exception ("Square::transformArea - factor must be greater than zero");
    $growBy = (float) sqrt ($factor);
    $newLength = $this->getLength() * $growBy;
    $this->setLength ($newLength);
}

我可以想象的另一个论点是，这个类不能保证它里面的 Rectangle 仍然是一个正方形（宽度 == 高度）。我不同意。 Square 不公开改变其中一个而不是两者的方法。 Rectangle 有可能破坏它的方法，但没有暴露。

就我个人而言，这更适合我的现实世界。正方形是长方形。所有正方形都是矩形，但并非所有矩形都是正方形。

我的解决方案是否违反任何 SOLID 规则？

【问题讨论】：

Square/Rectangle 的问题不仅仅是重用或制作新签名。从数学上讲，Square 是 Rectangle 的一种，但是当你编写它时，Square 不能用作矩形，因为它会限制他作为 Rectangle 的使用。

标签： php oop design-patterns solid-principles

【解决方案1】：

设计就是权衡取舍，“最佳”解决方案因应用而异：

Square is-a Rectangle 问题的传统解决方案是在保持 is-a 关系的同时使类不可变（权衡）。
您的示例演示了组合 (Square has-a Rectangle)，这是一个完全有效的解决方案，但现在您放弃了 is-a 关系，同时保持对象可变。您不能再将 Square 实例传递给采用 Rectangle 的方法。

你可以选择其中一个，但如果你同时尝试两者，你最终会破坏 LSP。

PS：您的 Square 类不应该有 isSquare 函数，确保实例始终处于有效状态是该类的责任。

【讨论】：