Программирование по контракту

Материал из Викиконспекты
Версия от 21:29, 30 сентября 2013; 217.118.78.32 (обсуждение) (Пример)
(разн.) ← Предыдущая | Текущая версия (разн.) | Следующая → (разн.)
Перейти к: навигация, поиск

Программирование по контракту обеспечивает проверку предусловий и постусловий при выполнении методов классов, пользовательских функций. Также немаловажную роль в правильности написания функций играют инварианты.

Предусловие[править]

Определение:
Предусловие - должно быть выполнено до исполнения действия.

Постусловие[править]

Определение:
Постусловие - должно быть выполнено после исполнения действия.

Инвариант[править]

Определение:
Инвариант - определяет глобальные свойства некоторого класса, которые должны соблюдаться после его создания на протяжении всего времени жизни.

Пример[править]

Необходимо гарантировать, что функции данного класса будут возвращать корректные данные, либо, вообще не будут работать.

 public class Time {
   private int hours;
   private int minutes;
   private int seconds;
   public int getHours();
   {
       return hours;
   }    
   public int getMinutes();
   {
       return minutes;
   }
   public int getSeconds()
   {
       return seconds;
   }
   public void setHours(int newHOURS);
   {
       hours = newHOURS;
   }
   public void setMinutes(int newMINUTES);
   {
       minutes = newMINUTES;
   }
   public void setSeconds(int newSECONDS)
   {
       seconds = newSECONDS;
   }
 }

Инвариант:

hours >= 0 and hours <= 23 
minutes >= 0 and minutes < 60
seconds >= 0 and seconds < 60 

Постусловия и предусловия:


int getHours()
post: возвращенное значение будет являться текущим часом.


int getMinutes()
post: возвращенное значение будет являться текущей минутой.


int getSeconds() 
post: возвращенное значение будет являться текущей секундой.


void setHours(int newHours)
pre: 0 <= newHours <= 23
post: hours == newHours


void setMinutes(int newMinutes)
pre: 0 <= newMinutes < 60
post: minutes == newMinutes 


void setSeconds(int newSeconds)
pre: 0 <= newSeconds < 60
post: seconds == newSeconds

Решение 1[править]

Выбрасывать исключение. Имеет недостатки: неочевидность проверки, необходимость писать кучу кода вручную.

 void setHours(int newHours){
       if (newHours < 0 || newHours > 23) 
           throw GREAT_Time_Exception;
        hours = newHours;
 }

Решение 2[править]

Java поддерживает механизм аннотаций (рекомендаций компилятору, препроцессору) – метаданные, которые могут быть добавлены в исходный код программы, не влияя на него семантически, т.е. не меняя его поведение. При этом, они могут использоваться на этапе анализа кода, компиляции и выполнения.

 @Contracted // говорит о том, что класс использует контракты – для отображения в IDE
 class Time
 {   
   void setHours(int newHours);
   {
       hours = newHours;
   }
   @Requires ({“newHOURS>= 0”,“newHOURS<= 23” })
   @Ensures (“hours == newHOURS”)
 }

@Requires – буквально означает, «Убедиться, что ДО выполнения подпрограммы («условие выполняется»)» Иначе – бросить исключение.

@Ensures – буквально означает, «Убедиться, что ПОСЛЕ выполнения подпрограммы ( «условие выполняется»)»

Здесь мы видим, что, как и в Решение 1, осуществляется проверка пред и пост условий для наших методов. В чем разница? Разница в том, что во втором случае это более наглядно и удобно.

Пример[править]

Рассмотрим стек на массиве. У него есть переменные

[math] size - [/math] число элементов

[math] elements - [/math] массив элементов

Методы:

[math]push - [/math] добавить элемент

[math] pop - [/math] удалить элемент

[math] peek - [/math] получить элемент на вершине

[math] size - [/math] число элементов

[math] isEmpty - [/math] проверка на пустоту

public class ArrayStack {
  private int size = 0;
  private Object[] elements = new Object[2];
  public void push(Object element){
      assert element != null;
      ensureCapacity(size + 1);
      elements[size++] = element;
  }
  private void ensureCapacity(int capacity) {
    if (capacity <= elements.length) {
       return;
    }
    Object[] newElements = new Object[2 * capacity];
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        newElements[i] = elements[i];
    }
    elements = newElements;
  }
  public Object pop() {
    assert size > 0;
    return elements[--size];
  } 
  public int size() {
    return size;
  }
  public boolean isEmpty() {
    return size == 0;
  }
  public Object peek() {
    assert size > 0;
    return elements[size - 1];
  }
}

Инвариант:

Размер не отрицателен, [math]size \gt =0[/math]

Элементы заполнены [math]elements[0..size - 1] != NULL [/math]

Контракты:

push
pre: element != NULL 
post: size = size' + 1  and   elements[size'] == element
void push (Object  element) 
pop
pre: size > 0
post: size == size' - 1 and result == elements[size]
Object pop()
peek
pre: size > 0
post: result == elements[size - 1]
Object peek()
size
post: result == size 
int size()
isEmpty
post: result == size > 0
boolean isEmpty()