리스코프 치환 원칙(LSP)

리스코프 치환 원칙이란?

리스코프 치환 원칙^{Liskov Substitution Principle, LSP}은 객체지향 프로그래밍의 중요한 설계 원칙 중 하나로, 서브타입^Subtype은 언제나 자신의 기반 타입^{Base Type}으로 교체할 수 있어야 한다는 개념을 제시합니다. 즉, 프로그램에서 부모 클래스가 사용되는 모든 곳에서 자식 클래스를 대체하더라도 프로그램의 정확성, 안정성, 그리고 기능이 유지되어야 한다는 것입니다. LSP는 상속을 사용하는 객체지향 설계에서 서브타입이 제대로 기능하도록 보장하는 데 중점을 둡니다.

LSP의 목적과 중요성

코드의 일관성 유지

LSP를 준수하면 서브타입이 기반 타입과 동일하게 동작할 수 있으므로, 코드의 일관성이 유지됩니다. 이는 다양한 서브타입을 사용하는 코드에서 예기치 않은 동작을 방지하고, 코드의 신뢰성을 높입니다.

상속 관계의 안정성 확보

LSP는 올바른 상속 관계를 설계하는 데 중요한 역할을 합니다. 서브타입이 부모 타입의 행동을 일관되게 구현함으로써, 상속을 통해 기능을 확장하더라도 시스템의 안정성이 보장됩니다.

재사용성 및 유연성 향상

LSP를 적용하면, 새로운 서브타입을 추가하더라도 기존 코드를 수정할 필요가 없습니다. 이는 시스템의 재사용성과 확장성을 높이고, 코드의 유지보수를 용이하게 만듭니다.

LSP의 적용 예시

LSP를 위반한 사례

LSP를 위반한 설계는 다음과 같습니다:

public class Rectangle
{
    public virtual double Width { get; set; }
    public virtual double Height { get; set; }
    public double Area()
    {
        return Width * Height;
    }
}
public class Square : Rectangle
{
    public override double Width
    {
        set { base.Width = base.Height = value; }
    }
    public override double Height
    {
        set { base.Width = base.Height = value; }
    }
}

Square 클래스는 Rectangle을 상속받아 Width와 Height 속성을 동일하게 설정하지만, 이로 인해 Rectangle 클래스를 기대한 대로 사용할 수 없게 됩니다.
예를 들어, Rectangle의 Width와 Height을 독립적으로 설정할 수 있는 코드가 Square를 사용하면 의도한 대로 동작하지 않습니다.

LSP를 준수한 사례

LSP를 준수하도록 설계할 수 있는 방법은 다음과 같습니다:

public abstract class Shape
{
    public abstract double Area();
}
public class Rectangle : Shape
{
    public double Width { get; set; }
    public double Height { get; set; }
    public override double Area()
    {
        return Width * Height;
    }
}
public class Square : Shape
{
    public double SideLength { get; set; }
    public override double Area()
    {
        return SideLength * SideLength;
    }
}

Rectangle과 Square는 각각의 형태에 맞는 개별적인 클래스로 분리되었습니다.
두 클래스는 모두 Shape 클래스를 상속받아 Area 메서드를 구현합니다.
이렇게 하면 두 클래스가 서로 독립적으로 기능할 수 있으며, LSP를 위반하지 않게 됩니다.

LSP와 객체지향 4대 원칙

LSP와 캡슐화

캡슐화는 LSP를 지원합니다. LSP를 준수하기 위해 서브타입은 자신의 내부 구현을 캡슐화하고, 부모 클래스의 계약^Interface을 일관되게 구현해야 합니다. 이를 통해 서브타입이 부모 클래스와 동일한 방식으로 동작하도록 보장할 수 있습니다.

LSP와 상속

LSP는 상속의 본질적인 개념과 직접적으로 연결됩니다. 올바른 상속 관계를 유지하려면 서브타입이 부모 타입의 행동을 그대로 이어받아야 하며, 상속받은 메서드나 속성이 기대한 대로 동작해야 합니다.

LSP와 다형성

다형성은 LSP와 밀접한 관계에 있습니다. 다형성을 제대로 활용하려면 서브타입이 부모 타입으로 대체될 수 있어야 하며, LSP를 준수함으로써 다형성의 유연성을 극대화할 수 있습니다.

LSP와 추상화

추상화는 LSP를 실현하는 데 중요한 역할을 합니다. 서브타입은 부모 클래스의 추상적인 개념을 구체화하면서, 추상화된 인터페이스를 통해 일관된 행동을 제공해야 합니다. 추상화는 코드의 유연성과 확장성을 높이는 데 필수적인 요소입니다.

LSP와 SOLID 원칙과의 연계

LSP와 단일 책임 원칙

서브타입이 부모 타입의 행동을 그대로 유지하기 위해서는 각 클래스가 하나의 책임에 집중해야 하며, 이를 통해 상속 관계에서의 안정성을 확보할 수 있습니다.

LSP와 개방_폐쇄 원칙

LSP를 준수하면 클래스의 확장이 기존 코드를 변경하지 않고도 가능해지므로, 개방 폐쇄 원칙^OCP을 더욱 견고하게 구현할 수 있습니다. 서브타입이 부모 클래스의 행동을 변경하지 않고도 새로운 기능을 추가할 수 있어, 시스템의 확장성을 높입니다.

LSP와 인터페이스 분리 원칙

서브타입이 부모 클래스의 인터페이스를 일관되게 구현함으로써, 불필요한 메서드 구현을 피하고, 인터페이스의 분리와 모듈화를 촉진할 수 있습니다.

LSP와 의존 역전 원칙

LSP는 DIP를 지원합니다. 부모 클래스가 추상화된 인터페이스나 상위 모듈을 통해 서브타입에 의존하게 함으로써, 서브타입이 부모 클래스의 계약을 일관되게 이행할 수 있도록 합니다.

LSP의 한계

설계 복잡성 증가

LSP를 엄격하게 준수하려고 할 때, 설계가 복잡해질 수 있습니다. 특히 상속 관계에서 모든 서브타입이 부모 타입을 완벽하게 대체할 수 있도록 만드는 것은 어려운 일일 수 있습니다.

상속 남용의 위험

LSP를 따르다 보면, 상속을 과도하게 사용하는 경향이 있을 수 있습니다. 상속을 남용하면 오히려 코드의 유연성이 떨어지고, 유지보수가 어려워질 수 있습니다.

맺음말

리스코프 치환 원칙은 객체지향 설계에서 상속 관계의 안정성을 보장하고, 코드의 유연성과 재사용성을 극대화하는 데 중요한 역할을 합니다. LSP를 준수함으로써 상속을 통해 시스템을 확장하고, 예기치 않은 동작을 방지할 수 있습니다. 하지만, 실무에서는 LSP를 적절히 적용하는 것이 중요하며, 지나친 상속 사용으로 인한 문제를 방지해야 합니다. SOLID 원칙과의 조화를 통해 더욱 견고한 객체지향 설계를 달성할 수 있습니다.

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