[SOLID] 리스코프 원칙 법칙이란 (Liskov Substitution Principle, LSP)

리스코프 치환 법칙은 SOLID 원칙에서 L에 해당하는 법칙입니다. 해당 법칙은 상위 타입의 객체를 하위 타입의 객체로 치환해도 동작에 문제가 없어야 합니다. 즉, B가 A의 자식일 때, A 타입을 사용하는 부분에서 B로 치환해도 문제없이 동작이 되어야 합니다.

아래에서 정사각형과 직사각형 예를 들어 설명합니다.

정사각형은 직사각형이 될 수 있지만 직사각형은 정사각형이 될 수 없습니다. 즉, 정사각형은 직사각형의 자식이라고 판단한 다음, 아래와 같이 코드를 작성합니다.

from dataclasses import dataclass, field

@dataclass()
class Rectangle:
    _width: int = field(init=False)
    _height: int = field(init=False)

    @property
    def width(self) -> int:
        return self._width

    @property
    def height(self) -> int:
        return self._height

    @width.setter
    def width(self, width: int):
        self._width = width

    @height.setter
    def height(self, height: int):
        self._height = height

    @property
    def area(self) -> int:
        return self._height * self._width

class Square(Rectangle):
    @Rectangle.width.setter
    def width(self, number: int):
        self._width = number
        self._height = number

    @Rectangle.height.setter
    def height(self, number: int):
        self._width = number
        self._height = number

직사각형 클래스인 Rectangle 클래스를 정의한 다음 이를 상속하여 정사각형 클래스 Square 클래스를 만든 예시입니다. 정사각형의 경우, 넓이와 높이가 모두 같으므로 setter를 재정의 하였습니다.

이 코드를 사용한다면 리드코프 치환 원칙을 위배하게 됩니다.

def increase_height(__rect: Rectangle):
    __rect.height += 30

rect: Rectangle = Rectangle()
rect.width = 10
rect.height = 20

increase_height(rect)
print(rect.area == 500)  # True

rect2: Rectangle = Square()
rect2.width = 10
rect2.height = 20

increase_height(rect2)
print(rect2.area == 500)  # False

부모 타입인 Rectangle에서 자식 타입인 Square로 변경하면 width와 height를 계산하는 식이 달라지므로 부모와 자식 클래스 간의 동작이 서로 다릅니다.

직사각형은 정사각형이지만 정사각형은 직사각형이다. 고로 직사각형 → 정사각형이라는 논리적인 의미로 상속을 구현할 순 있지만 위 코드 예시를 통해 리스코프 치환 법칙에 위배되므로 상속 관계를 유지할 수 없습니다.

만약 위 코드에서 Square 클래스일 때도 성립하게 만들기 위해 아래처럼 바꾼다면 이번엔 개방 폐쇄 원칙 (OCP)를 위배하게 됩니다.

def increase_height(__rect: Rectangle):
    if isinstance(__rect, Square):
        __rect = Rectangle()
        __rect.width = 10
        __rect.height = 20

    __rect.height += 30

    return __rect

rect2: Rectangle = Square()
rect2.width = 10
rect2.height = 20
rect2 = increase_height(rect2)
print(rect2.area == 500)  # True

위의 increase_width 함수를 확장한 것이 아닌 이미 개발되어 있는 코드를 수정했기 때문에 위배를 하게 됩니다.

이러한 코드의 올바른 수정 방법은 아래와 같이 직사각형 → 정사각형 관계가 아닌 별개의 도형으로 취급을 해야 합니다.

from abc import ABCMeta, abstractmethod
from dataclasses import dataclass

class Shape(metaclass=ABCMeta):
    @property
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

@dataclass()
class Rectangle(Shape):
    _width: int
    _height: int

    @property
    def width(self) -> int:
        return self._width

    @property
    def height(self) -> int:
        return self._height

    @width.setter
    def width(self, width: int):
        self._width = width

    @height.setter
    def height(self, height: int):
        self._height = height

    @property
    def area(self) -> int:
        return self._height * self._width

@dataclass()
class Square(Shape):
    _width: int

    @property
    def width(self) -> int:
        return self._width

    @width.setter
    def width(self, number: int):
        self._width = number

    @property
    def area(self) -> int:
        return self._width ** 2

def increase_height(__rect: Rectangle):
    __rect.height += 30

def increase_width(__rect: Square):
    __rect.width += 30

rect: Rectangle = Rectangle(10, 20)
increase_height(rect)
print(rect.area == 500)  # True

square = Square(10)
increase_width(square)
print(square.area == 1600)  # True

도형이라는 의미인 Shape 추상 클래스를 만든 다음, 직사각형과 정사각형 각각 해당 추상 클래스를 상속받아 구현한 케이스로 직사각형 → 정사각형 상속 관계를 없애버려 리스코프 치환 법칙 위배 문제를 해결했습니다.

요약

상속 관계를 구현할 때, 해당 법칙을 잘 상기하자

리스코프 치환 법칙을 보장하겠다고 개방 폐쇄 원칙을 위배하지 말자.