SOLID原則を勉強する その3～リスコフの置換原則(LSP)～

目次

1. SOLID原則を勉強する その1～単一責任の原則 (SRP)～
2. SOLID原則を勉強する その2～オープン・クローズド原則(OCP)～
3. SOLID原則を勉強する その3～リスコフの置換原則(LSP)～　←いまここ
4. SOLID原則を勉強する その4～インターフェース分離の原則(ISP)～
5. SOLID原則を勉強する その5～依存性逆転の原則(DIP)～

前置き

書籍を読んだり、ググったりして、自分に分かりやすいようにまとめた記事です。
より詳しく知りたい方は、下記の参考文献を読んでみてください。

参考文献

Clean Architecture　達人に学ぶソフトウェアの構造と設計 | Amazon
Adaptive Code　～　C#実践開発手法 | Amazon
C#の設計の基本【SOLID原則】まとめ
Unity開発で使える設計の話＋Zenjectの紹介
C# で SOLID の原則に違反する危険性

リスコフの置換原則(LSP)

• 派生クラスは基底クラスと置き換えても、正常にプログラムが動作しなければならない
  • 事前条件を派生クラスで強化してはいけない
    • 事前条件 = ガード節 = メソッドを失敗させずに実行するために必要な条件
  • 事後条件を派生クラスで緩くしてはいけない
    • 事後条件 = メソッド終了時に処理結果が有効化チェックするための条件
  • アクセス修飾子を上書きしてはいけない

- C# の `new` キーワードはこのLSP原則を破る可能性が高い - メソッドの上書きは `virtual` と `override`を使う

LSP違反するとどうなるか？

• 間違った使い方をしてもコンパイルエラーにならなくなる（型安全性が壊れる）
  • 実際にプログラムを動作させないと分からない
  • 「この派生クラスだったら…」という条件分岐ができる

コード例

長方形クラス Rectangle と正方形クラス Square を作ります。
（Unity 感はないですが、LSP違反の例として有名らしいので）

正方形クラスは長方形クラスを継承するべきかという問題です。
「正方形 is a 長方形」と言い換えると、正しいように思えるが……

before

• 長方形クラス Rectangle を継承して、正方形クラス Squareを作る
  • 「正方形 is a 長方形」
• User クラス は長方形クラスを使って、辺の長さを定義して面積を計算する

Rectangle.cs

public class Rectangle
{
    public virtual int Height { get; set; }
    public virtual int Width { get; set; }

    public int Area()
    {
        return Height * Width;
    }
}

Square.cs

public class Square : Rectangle
{
    private int _height;
    private int _width;
    public override int Height
    {
        get
        {
            return _height;
        }
        set
        {
            _height = value;
            _width = value;
        }
    }
    public override int Width
    {
        get
        {
            return _width;
        }
        set
        {
            _width = value;
            _height = value;
        }
    }
}

User.cs

using UnityEngine;

public class User : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.Width = 5;
        rectangle.Height = 2;
        Debug.Assert(rectangle.Area() == 10);
    }
}

ダメなところ

• Rectangleクラスを Square クラスに置き換えできない
  • Square は Rectangle のサブクラスなのに…
  • 置き換えたら意図しない結果が返ってくる
    • User クラスの new Rectangle() を new Square() にするだけで Assert に引っかかるようになる

User.cs

using UnityEngine;

public class User : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        //  new Square(); に変更したら Assert に引っかかるようになる。しかもコンパイルエラーにならない。
        Rectangle rectangle = new Square(); 
        rectangle.Width = 5;
        rectangle.Height = 2;
        Debug.Assert(rectangle.Area() == 10);
    }
}

after

• 共通の基底となるインターフェイスまたは抽象クラスを作成する（ IShape インターフェイス）
  • Square クラスは Rectangle クラスを継承しない
  • Square クラスと Rectangle クラスは IShape インターフェイスを継承する

IShape.cs

public interface IShape
{
    int Area();
}

Rectangle.cs

public class Rectangle : IShape
{
    public int Height { get; set; }
    public int Width { get; set; }

    public int Area()
    {
        return Height * Width;
    }
}

Square.cs

public class Square : IShape
{
    public int SideLength { get; set; }

    public int Area()
    {
        return SideLength * SideLength;
    }
}

User.cs

using UnityEngine;

public class User : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        var rectangle = new Rectangle();
        rectangle.Width = 5;
        rectangle.Height = 2;
        Debug.Assert(rectangle.Area() == 10);
    }
}

良いところ

• new Rectangle() を new Square() に変更したらコンパイルエラーになるので、使い方を間違っていてもすぐに問題に気づける

終わりに

現実の世界では「正方形 is a 長方形」は正しいけど、「ソフトウェアの世界」という立場に変えたら、正しくないことが分かりました。

もし変なところがあったら教えて下さい。
（特にクラス図とか…）