שאלת מבחן בתכנות מונחה עצמים - אוניברסיטת בר-אילן 2019 - ירושה

(MULT) איזה עקרון תכנותי מבין הבאים מופר במחלקות הג'אווה הבאות (נתון כי כל התשובות להלן אכן מתייחסות לעקרונות תכנותיים כפי שנדונו בכיתה.) ```java public class RecursionMultiplier { public int mult(int[] arr, int s, int e) { if (s + 1 == e) return arr[s]; else return arr[s] * mult(arr, s + 1, e); } } public class IterMultiplier extends RecursionMultiplier { public int mult(int[] arr, int s, int e) { int prod = 1; for (int i = s; i < e; i++) prod *= arr[i]; return prod; } } ```

רמז: שימו לב למשמעות שמות המחלקות. האם תת-המחלקה באמת מהווה התמחות או מקרה פרטי של מחלקת-העל, או שהיא משנה את אחת מהתכונות המהותיות המובטחות על-ידי מחלקת-העל?

פתרון: העיקרון המופר הוא **עקרון ההחלפה של ליסקוב (Liskov Substitution Principle - LSP)**. עיקרון זה, המהווה נדבך מרכזי בשימוש נכון ב**ירושה** ו**פולימורפיזם**, קובע שאובייקטים של מחלקת-על צריכים להיות ניתנים להחלפה באובייקטים של תת-מחלקה שלה, מבלי לשנות את נכונות או התנהגות התוכנית. במילים אחרות, תת-מחלקה צריכה לשמר את החוזה וההתנהגות המצופה ממחלקת-העל שלה. במקרה זה, המחלקה `IterMultiplier` יורשת מ-`RecursionMultiplier`. שם המחלקה `RecursionMultiplier` מהווה חלק מהחוזה שלה עם המשתמש - הוא רומז באופן מפורש שהפעולה `mult` ממומשת באמצעות **רקורסיה**. התת-מחלקה `IterMultiplier` דורסת (מבצעת **Overriding**) את המתודה `mult` ומספקת מימוש **איטרטיבי** (באמצעות לולאת `for`). למרות ששתי המתודות מחזירות את אותה התוצאה המספרית עבור אותו קלט, הן נבדלות באופן מהותי בהתנהגותן ובמאפייניהן הלא-פונקציונליים (כמו שימוש במחסנית הקריאות וסיבוכיות מקום). לקוח המשתמש באובייקט מסוג `RecursionMultiplier` עשוי לצפות להתנהגות רקורסיבית. כאשר הוא מקבל בפועל אובייקט `IterMultiplier` (דבר אפשרי בזכות פולימורפיזם), ציפייה זו מופרת. לדוגמה, בדיקה שנועדה לבחון את התנהגות המתודה עם קלט גדול מאוד, המצפה לקבל `StackOverflowError` במקרה הרקורסיבי, לא תפעל כצפוי עם המימוש האיטרטיבי. היחס "is-a" (הבסיס לירושה) אינו מתקיים מבחינה סמנטית: `IterMultiplier` אינו "סוג של" `RecursionMultiplier`, אלא מימוש אלטרנטיבי לאותה בעיה. עיצוב נכון יותר היה להגדיר **ממשק** `Multiplier` ושתי מחלקות נפרדות (`RecursionMultiplier` ו-`IterMultiplier`) המממשות אותו.