Liskovの置換原則について詳しく説明してください。

Question

Accepted Answer

**Liskov置換原則（LSP）** は、サブタイプのオブジェクトが基本型の代わりに使用可能であり、**プログラムの正確性を損なわない** ことを規定しています。`Base` で動作するコードは、あらゆる `Subclass` でも動作する必要があります — 同じ動作上の期待、驚きなし。

## 典型的な違反: Square extends Rectangle

```java
class Rectangle {
    protected int w, h;
    void setWidth(int w)  { this.w = w; }
    void setHeight(int h) { this.h = h; }
    int area() { return w * h; }
}

class Square extends Rectangle {       // "a square IS-A rectangle"... seemingly
    void setWidth(int w)  { this.w = w; this.h = w; }   // keep sides equal
    void setHeight(int h) { this.w = h; this.h = h; }
}

void resize(Rectangle r) {
    r.setWidth(5);
    r.setHeight(4);
    assert r.area() == 20;   // holds for Rectangle... FAILS for Square (area=16)
}
```

`Square` は呼び出し者が依存する*契約* を **破ります**: 幅と高さを独立して設定すること。英語の "is-a" テストは合格しますが、**LSP に違反しています**。

## LSP が実際に要求すること

```text
A subtype must NOT:
  ✗ strengthen preconditions  (demand more than the base, e.g. reject valid inputs)
  ✗ weaken postconditions     (promise less than the base)
  ✗ break invariants the base guarantees
  ✗ throw new unexpected exceptions for previously valid calls
A subtype MAY:
  ✓ weaken preconditions (accept more)   ✓ strengthen postconditions (promise more)
```

これは **入力の反変性、出力の共変性** です — LSP の形式的な中核です。

## 例を修正する方法

継承を削除します: `Square` と `Rectangle` は両方とも `area()` を持つ `Shape` ですが、どちらも相互に関連していません。ナイーブな分類ではなく、動作をモデル化してください。

## なぜ重要なのか

LSP はポリモーフィズムを *安全* にするものです: これなしでは、すべての `if (x instanceof Square)` チェックが再び潜り込み、サブタイピングのポイントを台無しにします。

継承設計を語彙ではなく **動作契約** の周りで再構成します — "構成を優先する" が存在する本当の理由は、多くの is-a 関係が静かに LSP に違反しているということです。