轉- 物件導向設計（OOD）中的替換原則

http://blog.csdn.net/starlee/article/details/945728

  我們知道，在物件導向語言中，公有繼承是IS-A的關係，也就是說子類是一種基類，就像說轎車是一種汽車一樣。但是，有時候邏輯上正確的公有繼承卻會違反替換原則。物件導向設計中的替換原則是：
    子類必須能夠替換掉它們的基類。
    也就是說，代碼中基類出現的地方都能用子類來替換，就跟汽車能用的地方都能用轎車一樣。但是，如果設計不合理，就會違反這個原則，給開發帶來隱患。
    下面就以一個C++的例子來說明：

class CShape
{
    public:
    virtual ~CShape() {};
    virtual double GetArea() = 0;
};

class CRectangle : public CShape
{
public:
    virtual ~CRectangle() {};
    double GetArea() { return m_dWidth * m_dHeight; };
    void SetWidth(double dWidth) { m_dWidth = dWidth; };
    void SetHeight(double dHeight) { m_dHeight = dHeight; };
    double GetWidth() const { return m_dWidth; };
    double GetHeight() const { return m_dHeight; };

private:
    double m_dWidth;
    double m_dHeight;
};

    現在，我們需要一個正方形類CSquare。我們知道，正方形是一種寬和高相同的長方形，也就是說正方形和長方形符合IS-A的關係。那我們需要的類CSquare是否應該從類CRectangle來繼承呢？
    我們現在先來看看類CSquare從類CRectangle繼承的情況：

class CSquare : public CRectangle
{
public:
    virtual ~CSquare() {};
    void SetWidth(double dWidth) 
    { 
        CRectangle::SetWidth(dWidth); 
        CRectangle::SetHeight(dWidth);
    };
    void SetHeight(double dHeight) 
    { 
        CRectangle::SetHeight(dHeight); 
        CRectangle::SetWidth(dHeight);
    };
};

    類CSquare中對方法SetWidth和方法SetHeight的重載解決了正方形的寬和高相等的問題。但是請考慮下面的代碼：

void FncTest(CRectangle& r)
{
    r.SetWidth(13);
    assert(r.GetArea() == 169);
}

void Test()
{
    CSquare s;
    s.SetWidth(5);

    FncTest(s);
}

    當我們向函數FncTest傳遞一個指向類CSquare對象的引用的時候，這個函數就會出現斷言錯誤，因為類CSquare對象的高度沒有改變。這就違反了替換原則，函數FncTest中的類型為基類CRectangle的參數不能用子類CSquare來替換。錯誤原因很簡單，類CRectangle中的方法SetWidth和方法SetHeight不是虛函數，因此不具備多態性。在這種情況下，我們就必須去修改類CRectangle。下面是修改後的代碼：

class CRectangle : public CShape
{
public:
    virtual ~CRectangle() {};
    double GetArea() { return m_dWidth * m_dHeight; };
    virtual void SetWidth(double dWidth) { m_dWidth = dWidth; };
    virtual void SetHeight(double dHeight) { m_dHeight = dHeight; };
    double GetWidth() const { return m_dWidth; };
    double GetHeight() const { return m_dHeight; };

private:
    double m_dWidth;
    double m_dHeight;
};

class CSquare : public CRectangle
{
public:
    virtual ~CSquare() {};
    virtual void SetWidth(double dWidth) 
    { 
        CRectangle::SetWidth(dWidth); 
        CRectangle::SetHeight(dWidth);
    };
    virtual void SetHeight(double dHeight) 
    { 
        CRectangle::SetHeight(dHeight); 
        CRectangle::SetWidth(dHeight);
    };
};

    這樣，上面提到的問題就解決了，修改也不是很複雜。然而，如果衍生類別的建立會導致我們修改基類，這就意味著設計是有缺陷的。我們先不管是否有設計缺陷，而是先接受上面的修改。現在類CRectangle和類CSquare都能工作，在代碼中也可以接受指向類CRectangle的指標或引用的函數傳遞類CSquare，而類CSquare也可以很好的保持正方形的特性。看起來，這樣的設計已經符合替換原則了。但是，等等，請看下面的函數：

void FncTest(CRectangle& r)
{
    r.SetWidth(5);
    r.SetHeight(6);
    assert(r.GetArea() == 30);
}

    對這個函數來說如果傳遞來的是類CRectangle的對象，則運行正確；如果傳遞來的是類CSque的對象，那就會出現斷言錯誤！仍舊是違反了替換原則！
    上面的例子說明了，即使兩個類是IS-A的關係，也不一定要用公有繼承來實現。
    其實，在物件導向設計（OOD）中，IS-A關係是就行為方式而言的。在本例中，雖然類CRectangle和類CSquare在邏輯上是IS-A關係，但是他們的行為是不同的，因此也就不能讓類CSquare從類CRectangle公有繼承，而是從類CShape公有繼承。
    下面是正確的代碼：

class CShape
{
public:
    virtual ~CShape() {};
    virtual double GetArea() = 0;
};

class CRectangle : public CShape
{
public:
    virtual ~CRectangle() {};
    double GetArea() { return m_dWidth * m_dHeight; };
    void SetWidth(double dWidth) { m_dWidth = dWidth; };
    void SetHeight(double dHeight) { m_dHeight = dHeight; };
    double GetWidth() const { return m_dWidth; };
    double GetHeight() const { return m_dHeight; };

private:
    double m_dWidth;
    double m_dHeight;
};

class CSquare : public CShape
{
public:
    virtual ~CSquare() {};
    double GetArea() { return m_dWidth * m_dWidth; };
    void SetWidth(double dWidth) { m_dWidth = dWidth; };
    double GetWidth() const { return m_dWidth; };

private:
    double m_dWidth;
};