[Design Pattern] LSP(리스코프 치환 원칙)

LSP(Liskov Substitution Principle, 리스코프 치환 원칙)는 SOLID 원칙 중 하나로,

객체 지향 프로그래밍의 설계 원칙에 대한 중요한 개념이다.

 

이 원칙은 1987년 바바라 리스코프에 의해 처음 제안되어 리스코프 치환 원칙이라 부른다.

 

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리스코프 치환 원칙 (Liskov Substitution Principle)

리스코프 치환 원칙은

 

"프로그램에서 부모 클래스의 인스턴스를 자식 클래스의 인스턴스로 대체(치환) 해도 프로그램의 정확성에 영향을 미치지 않아야 한다."

 

는 내용을 정의하는 원칙이다.

 

이 원칙은 자식 클래스(상속을 받은 클래스)가 부모의 클래스의 동작을 변경하지 않고, 확장해야 함을 말하며, 상속과 다형성을 적절하게 사용하는 방법에 대한 지침을 제공한다 볼 수 있다.

 

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LSP의 중요성

 

리스코프 치환 원칙을 통해 얻을 수 있는 이점은 크게 3가지이다.

유지보수성: LSP를 준수하면, 기존 코드를 변경하지 않고도 새로운 기능을 추가하거나 기존 기능을 개선할 수 있다. 이는 유지보수를 용이하게 한다.

재사용성: 부모 클래스의 동작을 그대로 이어받으면, 코드 재사용성이 증가한다. 자식 클래스는 부모 클래스의 모든 기능을 사용할 수 있다.

확장성: LSP를 따르면, 시스템을 확장하기가 더 쉬워진다. 새로운 클래스를 추가하거나 기존 클래스를 확장할 때, 기존 시스템에 대한 깊은 이해 없이도 안전하게 변경할 수 있다.

 

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예시로 살펴보기

 

LSP를 위반한 코드

class Shape {
    public double computeArea() {
        return 0;
    }
}

 

 

Shape라는 상위 클래스와, 이를 상속받는 Rectangle, Square 클래스가 있는 상황이다.

 

class Rectangle extends Shape {
    private double width;
    private double height;

    public Rectangle(double width, double height) {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }

    public void setHeight(double height) {
        this.height = height;
    }

    @Override
    public double computeArea() {
        return width * height;
    }
}

 

class Square extends Rectangle {
    public Square(double size) {
        super(size, size);
    }

    @Override
    public void setWidth(double width) {
        super.setWidth(width);
        super.setHeight(width);
    }

    @Override
    public void setHeight(double height) {
        super.setWidth(height);
        super.setHeight(height);
    }
}

 

 

이 경우, Square 클래스는 Rectangle 클래스의 특수한 형태이다. 그러나 정사각형(Square)은 너비와 높이가 항상 같아야 하므로, setWidth나 setHeight를 호출할 때 둘 다 변경되어야 한다.

 

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Rectangle rect = new Square(5);
        rect.setWidth(10); // Width만 변경하길 기대하지만, Square는 높이도 변경된다.
        System.out.println("Expected Area: 50, Actual Area: " + rect.computeArea());
        // Expected : 10 * 5 = 50, but was 10 * 10 = 100
    }
}

 

이런 상황에, Rectangle 객체를 기대하는 메서드에 Square 객체를 전달하면, 너비와 높이를 개별적으로 설정하는 로직이 제대로 작동하지 않을 수도 있다.

 

이 경우 Square 클래스는 Rectangle의 서브 클래스로 적합하지 않다. Rectangle을 상속받는 Square 클래스는 Rectangle의 동작을 예상대로 확장하지 못하며, 이로 인해 LSP를 위반하기 때문이다.

 

 

 

LSP를 준수하는 코드

class NumberProcessor {
    public void process(Number number) {
        System.out.println("Processing number: " + number);
    }
}

 

 

Number 는 Java에서 모든 숫자 Wrapper 클래스의 부모 클래스이고, 자식 클래스로 Integer, Double, Float 등 이 있다.

 

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        NumberProcessor processor = new NumberProcessor();

        // Integer 처리
        Integer myInt = 5;
        processor.process(myInt);

        // Double 처리
        Double myDouble = 5.99;
        processor.process(myDouble);

        // Float 처리
        Float myFloat = 7.5f;
        processor.process(myFloat);
    }
}

 

NumberProcessor 클래스는 Number 타입의 객체를 매개변수로 받는 process 메소드를 가지고 있다.

이 메소드는 Number의 모든 서브 클래스(Integer, Double, Float 등) 인스턴스에 대해 동일하게 작동한다.