Контрактное программирование кратко

Привет, Вы узнаете о том , что такое контрактное программирование, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое контрактное программирование , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Разработка программного обеспечения и информационных систем.

контрактное программирование (design by contract (DbC), programming by contract, contract-based programming) — это метод проектирования программного обеспечения. Он предполагает, что проектировщик должен определить формальные, точные и верифицируемые спецификации интерфейсов для компонентов системы. При этом, кроме обычного определения абстрактных типов данных, также используются предусловия, постусловия и инварианты. Данные спецификации называются «контрактами» в соответствии с концептуальной метафорой условий и ответственности в гражданско-правовых договорах.

История

Термин предложил Бертран Мейер в связи с разработкой языка Eiffel. Контрактное программирование выросло из формальной верификации, формальной спецификациии логики Хоара. Контрактное программирование — это не только простая метафора, указывающая способ проектирования. Условия, облегчающие применение контрактного программирования:

• наличие наследования и возможность динамического связывания,
• способность обрабатывать исключения,
• возможность автоматического документирования ПО.

Описание

рис. проектирование модуля по контракту

Основная идея контрактного программирования — это модель взаимодействия элементов программной системы, основывающаяся на идее взаимных обязательств и преимуществ. Как и в бизнесе, клиент и поставщик действуют в соответствии с определенным контрактом. Контракт некоторого метода или функции может включать в себя:

• конкретные обязательства, которые любой клиентский модуль должен выполнить перед вызовом метода — предусловия, которые дают преимущество для поставщика — он может не проверять выполнение предусловий;
• конкретные свойства, которые должны присутствовать после выполнения метода — постусловия, которые входят в обязательства поставщика;
• обязательства по выполнению конкретных свойств — инвариантов, которые должны выполняться при получении поставщиком сообщения, а также при выходе из метода.

Многие языки программирования позволяют учитывать такие обязательства. Контрактное программирование подразумевает эти требования критическими для корректности программ, поэтому они должны быть утверждены при проектировании. Таким образом, контрактное программирование предписывает начинать писать код с написания формальных утверждений корректности (assertions).

В объектно-ориентированном программировании контракт метода обычно включает следующую информацию:

• возможные типы входных данных и их значение;
• типы возвращаемых данных и их значение;
• условия возникновения исключений, их типы и значения;
• присутствие побочного эффекта метода;
• предусловия, которые могут быть ослаблены (но не усилены) в подклассах;
• постусловия, которые могут быть усилены (но не ослаблены) в подклассах;
• инварианты, которые могут быть усилены (но не ослаблены) в подклассах;
• (иногда) гарантии производительности, например, временная сложность или сложность по памяти.

При использовании контрактов сам код не обязан проверять их выполнение. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Обычно в таких случаях в коде делают жесткое падение[уточнить] («fail-fast»), таким образом облегчая отладку выполнения контрактов. Во многих языках, таких как C, C++, Delphi, PHP, такое поведение реализуется оператором assert. В релизовом варианте кода это поведение может быть сохранено, либо проверки могут быть убраны чтобы повысить производительность.

Юнит-тесты проверяют модуль изолированно от других, проверяя, что модуль удовлетворяет предположениям контракта, а также свои контракты выполняют используемые им модули. Интеграционные тесты проверяют, что модули работают корректно вместе.

Контрактное программирование может повысить уровень повторного использования кода, поскольку обязательства модуля четко документированы. Вообще, контракт модуля можно рассматривать также как способ документации программного обеспечения.

Влияние на производительность

Условия контракта никогда не должны нарушаться во время выполнения программы без ошибок. Поэтому контракты обычно проверяются только в режиме отладки во время разработки программного обеспечения. Позже при выпуске проверки контрактов отключаются для максимальной производительности.

Во многих языках программирования контракты реализуются с помощью assert . Утверждения по умолчанию компилируются в режиме выпуска в C / C ++ и аналогичным образом деактивируются в C # и Java.

Запуск интерпретатора Python с «-O» (для «оптимизировать») в качестве аргумента аналогичным образом приведет к тому, что генератор кода Python не будет генерировать какой-либо байт-код для утверждений.

Это эффективно исключает затраты времени выполнения на утверждения в производственном коде - независимо от количества и вычислительных затрат на утверждения, используемые при разработке, - поскольку никакие такие инструкции не будут включены в производство компилятором.

Отношение к тестированию программного обеспечения

Дизайн по контракту не заменяет обычные стратегии тестирования, такие как модульное тестирование , интеграционное тестирование и системное тестирование . Скорее, он дополняет внешнее тестирование внутренними самотестированием, которые можно активировать как для изолированных тестов, так и в производственном коде на этапе тестирования.

Преимущество внутренних самотестирования заключается в том, что они могут обнаруживать ошибки до того, как они проявят себя как недействительные результаты, наблюдаемые клиентом. Это приводит к более раннему и более конкретному обнаружению ошибок.

Использование утверждений можно рассматривать как форму тестового оракула , способ тестирования проекта путем реализации контракта.

Реализация в языках программирования

Поддержка DbC на языковом уровне

Языки, изначально поддерживающие средства для контрактного программирования:

• Ada 2012
• Clojure
• Cobra
• D
• Eiffel
• Fortress
• Lisaac
• Nice
• Oxygene (бывший Chrome)
• Racket
• Sather
• Scala
• SPARK посредством статического анализа программ на Аде
• Spec#
• SeC (расширение языка С)
• J@va (расширение языка Java)
• C# (с .NET Framework 4.0)

Поддержка DbC с помощью сторонних библиотек

• C и C++ посредством CTESK, библиотеки Contract++, препроцессора DBC for C, GNU Nana или компилятора C++ от Digital Mars.
• C# посредством Code Contracts
• Java посредством JavaTESK, iContract2, Contract4J, jContractor, Jcontract, C4J, CodePro Analytix, STclass, Jass preprocessor, OVal with AspectJ, Java Modeling Language (JML), SpringContracts для Spring Framework, или Modern Jass, Custos с использованием AspectJ, JavaDbC с использованием AspectJ, cofoja(разработанная компанией Google).
• JavaScript посредством Cerny.js или ecmaDebug.
• Lisp
  • Common Lisp с помощью макросов или протокола метаобъектов CLOS.
  • Scheme посредством расширения PLT, а именно тот факт, что любое нарушение контракта должно указывать на виновного и иметь точное объяснение.
• Nemerle с помощью макросов.
• Perl с помощью CPAN-модулей Class::Contract (Damian Conway) или Carp::Datum (Raphael Manfredi).
• PHP с помощью PhpDeal
• Python с помощью пакета zope.interface, PyDBC или Contracts for Python.
• Ruby с помощью DesignByContract (от Brian McCallister), Ruby DBC или ruby-contract.

Общие инструменты

• Perfect Developer посредством Perfect specification language может проверять контракт, используя статический анализ кода и генерируя программы на языках типа C++ и Java.

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• Тестирование на основе модели
• Компонентная разработка программного обеспечения
• Корректность ( информатика )
• Защитное программирование
• Быстро
• Формальные методы
• Логика Хоара
• Модульное программирование
• Вывод программы
• Доработка программы
• Сильная типизация
• Разработка через тестирование
• Типосостояний анализ

Информация, изложенная в данной статье про контрактное программирование , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое контрактное программирование и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Разработка программного обеспечения и информационных систем