В чём заключается принцип подстановки Барбары Лисков (Liskov Substitution)?

LSP является расширением полиморфизма и обеспечивает логическую согласованность в иерархии наследования. Нарушение этого принципа приводит к неожиданным ошибкам, которые сложно обнаружить.

Основные правила, вытекающие из LSP:

1. Синтаксическая совместимость:

   • Наследник должен иметь те же публичные методы и свойства, что и родитель. Это обеспечивается компилятором.

2. Семантическая совместимость (поведенческая):

   • Это самая важная и сложная часть. Поведение наследника не должно противоречить поведению, обещанному базовым классом.

   • Ослабление предусловий (Preconditions): Наследник не может требовать большего, чем базовый класс. Например, если метод базового класса принимает любой целый число, метод наследника не может требовать только положительные числа.

   • Усиление постусловий (Postconditions): Наследник не может гарантировать меньше, чем базовый класс. Например, если метод базового класса гарантирует, что база данных будет подключена после вызова, наследник не может нарушать это обещание.

   • Сохранение инвариантов (Invariants): Наследник должен сохранять все логические условия, которые всегда истинны для базового класса.

Классический пример нарушения LSP: "Квадрат/Прямоугольник"

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

    public int Area => Width * Height;
}

class Square : Rectangle {
    public override int Width {
        get => base.Width;
        set { base.Width = value; base.Height = value; } // Нарушение инварианта!
    }
    public override int Height {
        get => base.Height;
        set { base.Height = value; base.Width = value; } // Нарушение инварианта!
    }
}

class Program {
    static void UseRectangle(Rectangle rect) { // Функция ожидает Rectangle
        rect.Width = 5;
        rect.Height = 4;
        Console.WriteLine($"Expected area: 20, Got: {rect.Area}"); // Ожидается 20
    }

    static void Main() {
        Rectangle rect = new Rectangle();
        UseRectangle(rect); // Вывод: Expected area: 20, Got: 20 - OK.

        Rectangle square = new Square(); // Подстановка наследника
        UseRectangle(square); // Вывод: Expected area: 20, Got: 16 - ОШИБКА!
    }
}

В этом примере Square нарушает LSP, потому что он меняет ожидаемое поведение: после установки ширины высота изменяется вслед за ней, что ломает логику метода UseRectangle, ожидающего независимого управления шириной и высотой.

Вывод:
LSP — это руководство по созданию корректных иерархий наследования. Если подтип нельзя прозрачно подставить вместо базового типа, значит, сама архитектура наследования неверна. Часто решением является композиция вместо наследования.