“PartialFunction extends Function”是否违反了LSP原则？

Question

里氏替换原则指出：

如果 S 是 T 的一个子类型，那么可以用类型为 S 的对象代替类型为 T 的对象，而不会改变程序的任何良好属性。

然而，在 Scala 中，PartialFunction 并非适用于所有情况/定义。

trait Function1 {
  def apply(x: A): R
}

trait PartialFunction extends Function1 {
  def apply(x: A): R
  def isDefinedAt(x: A): Boolean
}

如果你对一个未定义的值应用 PartialFunction，你将会收到一个异常。

在 Scala 中创建 PartialFunction 的一种方便的方法是使用模式匹配。这样做，当出现未定义的值时，你将会收到一个 MatchError。

val fn:Function1[String, Int] = s => s.length

val pf:PartialFunction[String, Int] = {
  case "one" => 3
}

def program(f:Function1[String, Int], s:String):(Boolean, Int) = (
  f.isInstanceOf[Function1[String, Int]], f(s)
)

program(fn, "one") == program(pf, "one")
program(fn, "two") == program(pf, "two")

fn：String => Int = <function1>

pf：PartialFunction[String,Int] = <function1>

program：program []（val f：String => Int，val s：String）=>（Boolean，Int）

res0：Boolean = true

scala.MatchError：two（class java.lang.String的实例）

   at scala.PartialFunction$$anon$1.apply(delme.sc:249)

   at scala.PartialFunction$$anon$1.apply(delme.sc:247)

   at ...

fn和pf都是Function1的子类型，但我不能将fn替换为pf而不改变我的program。因此，在我看来，这是LSP的一种违反。

你怎么看？

- gervais.b

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这将主要是一篇观点文章。您是否有关于更一般问题的应用或使用的更具体问题？ - wheaties

绝对不是。我只是向其他开发人员征求建议。也许我应该在另一个社区发布它？ - gervais.b

您还可以定义一个Function1，对于除了“one”之外的所有输入都会抛出异常。您违反LSP的论点是抛出异常可能是一种不良的改变，但是Function1仍然可以具有抛出异常的输入。例如BigDecimal（“abc”）。 PartialFunction和Function1之间的主要区别在于您内置了一种检查元素是否已定义的方法。 - Michael Zajac

没有任何编程语言可以防止用户的错误。如果有人想要破坏他的程序，他总是可以做到。我的担忧在于，我认为Scala（这种语言本身）正在违反LSP原则。这并不会使它变得不那么“酷”，但我只是在想。 - gervais.b

Answer 1

fn和pf不是Function1的子类型，因为它们根本就不是类型。它们是值，LSP并不是说你可以用T类型的任何对象替换S类型的任何对象：当然，Int是Int的子类型，但将1替换为2可能会使一个正确的程序变得不正确。 PartialFunction[String, Int]是Function1[String, Int]的子类型，但Function1的契约并不禁止apply抛出异常，事实上明确允许它：

应用此函数体到参数上。它可能会抛出异常。

因此，如果您的程序可以处理Function1[A,B]类型的对象，则必须以某种方式处理apply已经抛出的异常，并且PartialFunction抛出MatchError只是一种特殊情况。

- Alexey Romanov

Answer 2

根据维基百科，LSP需要有附加条款才能适用。

子类型的方法不应该抛出新的异常，除非这些异常本身是由超类型方法抛出的异常的子类型。

因此（假设维基百科正确），没有PartialFunction违反LSP，因为它不适用于这种情况。

编辑：Scaladoc中有其他信息：（Scaladoc Function1）

请注意，Function1未定义总函数，尽管部分功能的存在可能暗示这一点。 Function1和PartialFunction之间的唯一区别在于后者可以指定它不会处理的输入。

因此，另一种思考方式是pf不是fn的子类型。

fn：String => Int pf：String的子集 => Int

进一步编辑以回应评论：

不，我的论点是LSP根本不适用。对于LSP，S不得抛出新异常。这里的S确实会抛出新异常，因此LSP无法被违反，因为它不适用。

- A Spoty Spot

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但是PartialFunction会抛出scala.MatchError异常，而Function不会？或者您认为Function可以抛出任何异常吗？当然，异常在这里并没有真正地体现在类型中，所以两者都有可能。 - Bergi

我加入了一些新的东西。然而，我的类型理论基础知识几乎不存在，所以我非常愿意接受完全错误的可能性。 - A Spoty Spot

啊，我理解你的引用是指LSP被违反了，而不是根本没有应用。 - Bergi

我不同意：1. 这个条款已经被满足了，因为 Function1#apply 确实可以抛出任何异常。由于 Scala 没有检查异常，它可能被违反的唯一方式是如果它被记录为不会抛出异常，但它明确允许这样做。 - Alexey Romanov

这些并不是LSP适用的条件，而是必须满足的条件（必要但不充分）。也就是说，如果这个条款没有得到满足，那么它将违反LSP。 - Alexey Romanov