หลักการทดแทนของ Liskov ( LSP ) เป็นคำจำกัดความเฉพาะของ ความสัมพันธ์การกำหนด ประเภทย่อยที่เรียกว่าการกำหนดประเภทย่อยเชิงพฤติกรรมที่แข็งแกร่ง ซึ่ง Barbara Liskovได้นำเสนอเป็นครั้งแรก ในสุนทรพจน์ หลักในการประชุมปี 1987 ในหัวข้อData abstraction and hierarchy หลักการ นี้อิงตามแนวคิดของ "ความสามารถในการทดแทน" ซึ่งเป็นหลักการในการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุที่ระบุว่าวัตถุของคลาสแม่สามารถถูกแทนที่ด้วยวัตถุของคลาสย่อยได้โดยไม่ทำให้โปรแกรมเสียหาย หลักการนี้เป็น ความสัมพันธ์ เชิงความหมายมากกว่าความสัมพันธ์เชิงไวยากรณ์เพียงอย่างเดียว เนื่องจากมีจุดประสงค์เพื่อรับประกันความสามารถในการทำงานร่วมกันเชิงความหมายของประเภทในลำดับชั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งประเภทวัตถุ Barbara Liskov และJeannette Wingได้อธิบายหลักการนี้อย่างกระชับในบทความปี 1994 ดังนี้: ^{[ 1 ]}

ข้อกำหนดของชนิดย่อย : ให้⁠ ⁠${\displaystyle \phi (x)}$เป็นคุณสมบัติที่พิสูจน์ได้เกี่ยวกับวัตถุ⁠ ⁠${\displaystyle x}$ของชนิดTแล้ว⁠ ⁠${\displaystyle \phi (y)}$ควรเป็นจริงสำหรับวัตถุ⁠ ⁠${\displaystyle y}$ของชนิดSโดยที่Sเป็นชนิดย่อยของT

ในเชิงสัญลักษณ์: กล่าวคือ ถ้าSเป็นชนิดย่อย ของ Tสิ่งที่ใช้ได้กับ วัตถุ Tก็จะใช้ได้กับ วัตถุ Sด้วย ในบทความเดียวกันนั้น Liskov และ Wing ได้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับแนวคิดเรื่องการกำหนดชนิดย่อยเชิงพฤติกรรมในส่วนขยายของตรรกะ Hoareซึ่งมีความคล้ายคลึงกับการออกแบบโดยสัญญาของBertrand Meyerในแง่ที่ว่ามันพิจารณาปฏิสัมพันธ์ของการกำหนดชนิดย่อยกับเงื่อนไขก่อนหน้า เงื่อนไข ภายหลังและตัวแปรคงที่ $${\displaystyle {\texttt {S}}\leq {\texttt {T}}\to (\forall x{:}{\texttt {T}}.\phi (x)\to \forall y{:}{\texttt {S}}.\phi (y))}$$

แนวคิดเรื่องชนิดย่อยเชิงพฤติกรรมของลิสคอฟได้กำหนดแนวคิดเรื่องความสามารถในการทดแทนกันได้สำหรับวัตถุ กล่าวคือ ถ้าSเป็นชนิดย่อยของTแล้ววัตถุประเภทTในโปรแกรมสามารถถูกแทนที่ด้วยวัตถุประเภท ได้Sโดยไม่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติที่พึงประสงค์ใดๆ ของโปรแกรมนั้น (เช่นความถูกต้อง )

การกำหนดชนิดย่อยเชิงพฤติกรรมเป็นแนวคิดที่แข็งแกร่งกว่าการกำหนดชนิดย่อยของฟังก์ชัน ทั่วไป ที่กำหนดไว้ในทฤษฎีชนิดซึ่งอาศัยเพียงความแปรผันผกผันของชนิดพารามิเตอร์และความแปรผันร่วมของชนิดค่าส่งคืนเท่านั้น การกำหนดชนิดย่อยเชิงพฤติกรรมนั้นไม่สามารถตัดสินได้โดยทั่วไป: ถ้าqคุณสมบัติ "เมธอดสำหรับxจะสิ้นสุดเสมอ " เป็นจริง โปรแกรม (เช่น คอมไพเลอร์) ก็ไม่สามารถตรวจสอบได้ว่ามันเป็นจริงสำหรับชนิดย่อยบางชนิดSของTแม้ว่าqจะเป็นจริงสำหรับTก็ตาม อย่างไรก็ตาม หลักการนี้มีประโยชน์ในการให้เหตุผลเกี่ยวกับการออกแบบลำดับชั้นของคลาส

หลักการแทนที่ของ Liskov กำหนดข้อกำหนดมาตรฐานบางประการสำหรับลายเซ็นที่ถูกนำมาใช้ในภาษาการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุรุ่นใหม่ (โดยปกติจะอยู่ในระดับของคลาสมากกว่าประเภท ดู ความแตกต่างระหว่าง การกำหนดประเภทแบบนามและแบบโครงสร้าง ):

• ความแปรผันตรงข้ามของประเภทพารามิเตอร์วิธีการในชนิดย่อย
• ความแปรปรวนร่วมของประเภทค่าส่งคืนของเมธอดในชนิดย่อย
• เมธอดในซับไทป์ไม่สามารถโยนข้อยกเว้นใหม่ได้ เว้นแต่ว่าข้อยกเว้นเหล่านั้นจะเป็นซับไทป์ของข้อยกเว้นที่โยนโดยเมธอดของซูเปอร์ไทป์

นอกเหนือจากข้อกำหนดด้านลายเซ็นแล้ว ชนิดย่อยจะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขด้านพฤติกรรมหลายประการ ซึ่งมีการอธิบายรายละเอียดไว้ในศัพท์เฉพาะที่คล้ายคลึงกับ วิธี การออกแบบโดยใช้สัญญาส่งผลให้เกิดข้อจำกัดบางประการเกี่ยวกับวิธีการที่สัญญาสามารถโต้ตอบกับการสืบทอดได้ :

• เงื่อนไขเบื้องต้นไม่สามารถเสริมความแข็งแกร่งได้ในประเภทย่อยนี้
• ไม่สามารถลดเงื่อนไขหลังการดำเนินการ ในชนิดย่อยได้
• คุณสมบัติคงที่ไม่สามารถอ่อนลงในชนิดย่อยได้
• ข้อจำกัดด้านประวัติ (กฎประวัติ) วัตถุถือว่าสามารถแก้ไขได้เฉพาะผ่านวิธีการของมันเท่านั้น ( การห่อหุ้ม ) เนื่องจากชนิดย่อยอาจแนะนำวิธีการที่ไม่มีอยู่ในชนิดหลัก การแนะนำวิธีการเหล่านี้อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะในชนิดย่อยซึ่งไม่ได้รับอนุญาตในชนิดหลัก ข้อจำกัดด้านประวัติห้ามสิ่งนี้ เป็นองค์ประกอบใหม่ที่ Liskov และ Wing นำเสนอ การละเมิดข้อจำกัดนี้คือ ตัวอย่างเช่น การกำหนดจุดที่เปลี่ยนแปลงได้เป็นชนิดย่อยของจุดที่ไม่เปลี่ยนแปลงได้ [ ^{2 ] นี่}เป็นการละเมิดข้อจำกัดด้านประวัติ เนื่องจากในประวัติของจุดที่ไม่เปลี่ยนแปลงได้สถานะจะเหมือนเดิมเสมอหลังจากการสร้าง ดังนั้นจึงไม่สามารถรวมประวัติของจุดที่เปลี่ยนแปลงได้โดยทั่วไปได้ อย่างไรก็ตาม ฟิลด์ที่เพิ่มลงในชนิดย่อยสามารถแก้ไขได้อย่างปลอดภัยเนื่องจากไม่สามารถสังเกตได้ผ่านวิธีการของชนิดหลัก ดังนั้นจึงสามารถกำหนดวงกลมที่มีจุดศูนย์กลางที่ไม่เปลี่ยนแปลงและรัศมีที่เปลี่ยนแปลงได้เป็นชนิดย่อยของจุดที่ไม่เปลี่ยนแปลงได้โดยไม่ละเมิดข้อจำกัดด้านประวัติ

กฎเกี่ยวกับเงื่อนไขก่อนและหลังการทำงานนั้นเหมือนกับที่เบอร์ทรานด์ เมเยอร์นำเสนอในหนังสือObject-Oriented Software Construction ปี 1988 ของเขา ทั้งเมเยอร์และต่อมาปิแอร์ อเมริกา ซึ่งเป็นคนแรกที่ใช้คำว่าbehavioral subtypingได้ให้ คำจำกัดความ เชิงทฤษฎีการพิสูจน์ของแนวคิด behavioral subtyping บางประการ แต่คำจำกัดความของพวกเขาไม่ได้คำนึงถึงการตั้งชื่อซ้ำซ้อน (aliasing)ที่อาจเกิดขึ้นในภาษาโปรแกรมที่รองรับการอ้างอิงหรือตัวชี้ การคำนึงถึงการตั้งชื่อซ้ำซ้อนเป็นการปรับปรุงที่สำคัญที่ลิสคอฟและวิง (1994) ได้ทำขึ้น และส่วนประกอบสำคัญคือข้อจำกัดด้านประวัติ (history constraint) ภายใต้คำจำกัดความของเมเยอร์และอเมริกา จุดที่เปลี่ยนแปลงได้จะเป็น behavioral subtype ของจุดที่ไม่เปลี่ยนแปลงได้ ในขณะที่หลักการแทนที่ของลิสคอฟห้ามสิ่งนี้

หลักการแทนที่ของ Liskov อธิบายคุณสมบัติว่า"ถ้าสำหรับวัตถุแต่ละประเภทจะมีวัตถุประเภทที่สำหรับโปรแกรมทั้งหมดที่กำหนดตามเงื่อนไขของพฤติกรรมของจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อแทนที่ด้วยแล้วจะเป็นชนิดย่อยo1So2TPTPo1o2STของ" ^{[ 3 ]}

นี่อาจเป็นตัวอย่างหนึ่งของการละเมิดหลักการ LSP:

คลาสRectangle { private : double width ; double height ; public : Rectangle ( double width , double height ) : width { width }, height { height } {} }// ประกาศเป็น virtual สำหรับคลาสย่อย Square virtual void setWidth ( double width ) noexcept { this -> width = width ; }// ประกาศเป็น virtual สำหรับคลาสย่อย Square virtual void setHeight ( double height ) noexcept { this -> height = height ; }[[ nodiscard ]] double getWidth () const noexcept { return width ; }[[ nodiscard ]] double getHeight () const noexcept { return height ; }[[ nodiscard ]] double getArea () const noexcept { return width * height ; } };

จากมุมมองการเขียนโปรแกรมSquareคลาสนี้สามารถนิยามได้ว่าเป็นการสืบทอดมาจากRectangleคลาสอื่น

คลาสSquare : public Rectangle { public : void setWidth ( double width ) noexcept override { Rectangle :: setWidth ( width ); Rectangle :: setHeight ( width ); }void setHeight ( double height ) noexcept override { Rectangle :: setHeight ( height ); Rectangle :: setWidth ( height ); } };

อย่างไรก็ตาม การกระทำนี้ขัดกับหลักการ LSP แม้ว่า ความสัมพันธ์ แบบ is-aจะยังคงอยู่ระหว่างRectangleและSquareก็ตาม

ลองพิจารณาตัวอย่างต่อไปนี้ ซึ่งฟังก์ชันgจะไม่ทำงานหากSquareมีการส่งค่า a เข้าไป ดังนั้นหลักการเปิด-ปิดอาจถือได้ว่าถูกละเมิด

void g ( Rectangle & r ) { r . setWidth ( 5 ); r . setHeight ( 4 ); assert ( r . getArea () == 20 ); // การตรวจสอบจะล้มเหลว}

ในทางกลับกัน หากพิจารณาว่าประเภทของรูปทรงควรเป็นข้อจำกัดเฉพาะความสัมพันธ์ของมิติเท่านั้น สมมติฐานที่g()ว่าความsetHeight()สูงและพื้นที่จะเปลี่ยนแปลง แต่ความกว้างจะไม่เปลี่ยนแปลงนั้นถือว่าไม่ถูกต้อง สมมติฐานนี้ไม่ถูกต้องไม่เพียงแต่สำหรับรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสเท่านั้น แต่ยังอาจไม่ถูกต้องสำหรับรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าอื่นๆ ที่อาจถูกเข้ารหัสเพื่อรักษาพื้นที่หรืออัตราส่วนด้านเมื่อความสูงเปลี่ยนแปลง^{[ 4 ]}

• ปัญหาวงกลม-วงรี
• การประกอบเหนือกว่าการสืบทอด
• การปรับปรุงโปรแกรม
• ความโปร่งใสเชิงอ้างอิง
• พิมพ์ลายเซ็น
• SOLID – ตัวอักษร "L" ใน "SOLID" ย่อมาจากหลักการทดแทนของลิสคอฟ (Liskov substitution principle)

• Norvell, TS "หลักการทดแทนของ Liskov" (PDF) . มหาวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์ Memorial .
• Samokhin, Vadim (2018-06-06). "หลักการทดแทนของลิสคอฟ" . Medium .
• "การออกแบบคลาส SOLID: หลักการทดแทนของลิสคอฟ"ทอมดัลลิง 21 พฤศจิกายน 2552
• Jobaer, Abu (31 พฤษภาคม 2023). "LSP: หลักการทดแทนของลิสคอฟ" . The Startup . Medium.