按合同設計 - 瞭解有關OOP的新內容 Marcell Lipp

banq發表於2019-01-13
OOP

在我學習電腦科學的過程中，我遇到了所謂的Hoare邏輯。它的主要思想是，對於每個命令/程式，您可以定義前提條件和後置條件。這些是邏輯表示式。在啟動程式之前必須滿足前提條件。主要是檢查所有輸入是否在正確的範圍內等等。它當然也可以是恆定的，這意味著：這個程式沒有特定的前提條件。執行程式後必須滿足後置條件。就像你的前提條件是x> 0一樣，你的程式除了y：= x之外什麼都不做，那麼你的post條件將是：x> 0和x = y。使用一些預定義規則，您可以使用邏輯方法證明您的程式是否正確。在簡單程式的情況下它很容易，但是在程式複雜的情況下它會變得非常複雜，這就是以這種方式驗證程式程式碼真的不典型的原因。無論如何，它是一種靜態程式碼驗證方法。
所以我學會了它，透過了我的考試並忘記了這一點。
多年後，我讀到了所謂的SOLID原則，還有一個名為Liskov替代原則。我的學習有一個閃回：“嗯，我已經在某個地方聽到了它”。該原則如下：“如果S是T的子型別，則程式中型別T的物件可以用型別S的物件替換而不改變該程式的任何所需屬性”。很明顯，但事實上它意味著什麼？它意味著以下內容：
  • 子型別不能強化前提條件。
  • 後置條件不能在子型別中被削弱。
  • 超型別的不變數必須保留在子型別中


嗯，這聽起來像Hoare邏輯，聽起來像是有用的東西。在這一點上，我透過合同閱讀了更多關於Design的內容，我在那裡學到的東西讓我更好地理解了如何在OOP中實現我的程式。

我想向您展示主要概念。

一個類的合同
我們可以談談三種不同型別的合同：不變數，前置條件和後置條件。不變屬於一類，前後條件屬於一種方法。

不變數只不過是對你l類狀態的限制。類的狀態基本上是類變數的值。例如，如果您有一個直角三角形的類，您的類變數可以是：a邊的長度，b邊的長度和c邊的長度。這些變數及其當前值表示您的類的狀態。我們知道規則：a * a + b * b = c * c，如果是直角三角形。這意味著如果我們的類代表直角三角形，那些不滿足這個條件的值都是無效的，它們不代表直角三角形。所以這個邏輯表示式（a * a + b * b = c * c）可以是你的類不變數。在所有情況下都應如此。它將被檢查：在建構函式的末尾，在啟動任何類方法和類方法結束時。接下來是一個很好的做法，讓你的類變數保持私有並透過setter和getter函式訪問它們，這樣你的類就永遠不會得到一個無法滿足不變數的無效狀態。

方法的前提條件是在啟動方法之前檢查的條件。例如，如果您的三角形的拉伸函式具有一個名為factor的引數，則前提條件可以是此引數大於0。

一種方法的後驗證。在函式結束時檢查，它描述了您對方法的期望。如果拉伸函式in可能類似：a = old（a）* factor和b = old（b）* factor和c = old（c）* factor，其中old表示方法開頭的值。在這裡，您需要考慮class的整體狀態也很重要。因此，如果它具有不應該由方法更改的屬性，則它也應該在post條件中指定。例如，如果您的表示還具有顏色屬性，則應使用以下顏色擴充套件帖子條件：color = old（color）。

到目前為止，它很簡單：每個方法都有一個前置條件和一個後置條件，並且該類具有一個不變數，在構造之後以及每個函式的開始和結束時進行檢查。

子類合同
如果你的類有基類，它會如何改變？

您的類保持其所有基類的不變數。因此，在一個基類的情況下，需要始終滿足以下要求：invariant_of_base_class和invariant_of_your_class。

因此，從子類中，您無法打破基類的不變數。

例如，如果直角三角形類是從三角形類派生的，則三角形類的不變數可以是：a + b> = c（兩個短邊的長度之和應至少為最長的長度側）。這種不變數也應該透過直角三角形來實現。

關於前後條件：
對於重寫函式，前提條件不能作為基類中的前提條件加強。因此它可以減少強度（比如（a <10和b <10）只是（a <10））或與基類相同。

對於重寫函式，後置條件不能作為基類中的後置條件被削弱。所以它可以是相同或更多的力量。

這被稱為Liskov替代原則，它是SOLID原則的一部分。

也許它第一次有點複雜，但它沒有說明：你的子類是你的基類的一個特例，所以它應該適用於所有使用基類的輸入，它應該產生相同的結果同樣。

在程式語言中支援合同設計
對程式碼使用合同設計是一種防禦性程式設計方法，如果違反任何合同（不變數，前提條件或後置條件），程式將會出現執行時錯誤。通常情況下，合同檢查僅在程式碼的測試版本中啟用，並在釋出版本中停用。
有一些程式語言，比如Eiffel，它們以本機方式支援合同，但它們現在並不是很受歡迎。對於當今流行的OOP語言（C ++，C＃，Java等），您可以自己實現，也不會太複雜或重用已有的庫。對於C ++ Boost.Contract是一個不錯的選擇。對於Java，有幾種開源解決方案，如Oval或Contract for Java。對於C＃，您可以使用程式碼合同。對於Python PyContracts。

總結
當然我知道按合同設計並不是一種常用的程式設計方式，我認為這是完全可以的。另一方面，在我看來，這是一種快速簡便的方法來提高程式碼質量，讓自己更多地思考“我的程式碼實際上在做什麼”。它還使您的程式碼更清晰，因為您將仔細檢查您的類的狀態應該是什麼，並且前後條件也記錄了您的函式的規範。
我認為，即使您沒有使用這種方法開發，也可以瞭解這種程式設計方式並考慮一下您的不變數，前後條件以及實現類以獲得更好的程式碼質量。

(banq注：DDD聚合根實體的設計按這種合同設計)
 

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