Třída invariantní - Class invariant - Wikipedia

Tento článek je o konceptu počítačového programování. Matematický koncept viz Třída ekvivalence a Invariant (matematika).

v programování konkrétně objektově orientované programování, a invariant třídy (nebo zadejte invariant) je neměnný slouží k omezení předměty a třída. Metody třídy by měl zachovat invariant. Třída neměnná omezuje stav uložený v objektu.

Třída invarianty jsou vytvořeny během výstavby a neustále udržovány mezi voláními na veřejné metody. Kód v rámci funkcí může narušit invarianty, pokud jsou invarianty obnoveny před ukončením veřejné funkce.

Invariant objektu nebo invariant reprezentace je a programování konstrukce sestávající ze sady neměnných vlastností, které zůstávají nekompromisní bez ohledu na stav objekt. Tím je zajištěno, že objekt bude vždy splňovat předdefinované podmínky, a to metody může proto vždy odkazovat na objekt bez rizika vzniku nepřesných předpokladů. Definování invariantů tříd může programátorům a testerům pomoci chytit více chyb během testování softwaru.

Třída invarianty a dědictví

Užitečný účinek invariancí tříd v objektově orientovaném softwaru je zvýšen v přítomnosti dědičnosti. Třídní invarianty se dědí, tj. „Invarianty všech rodičů třídy se vztahují na třídu samotnou.“[1]

Dědičnost může dovolit potomkům tříd změnit data implementace nadřazených tříd, takže by bylo možné, aby třída potomků změnila stav instancí způsobem, který je učinil neplatnými z hlediska nadřazené třídy. Zájem o tento typ špatně se chujícího potomka je jedním z důvodů, proč objektově orientovaní návrháři softwaru dávají přednost složení nad dědičností (tj. dědičnost přeruší zapouzdření).[2]

Protože se však zdědí invariantní třídy, invariantní třída pro jakoukoli konkrétní třídu se skládá z jakýchkoli invariantních tvrzení zakódovaných okamžitě na této třídě ve spojení s všechny invariantní klauze zděděné od rodičů třídy. To znamená, že i když potomci mohou mít přístup k datům implementace svých rodičů, invariant třídy jim může zabránit v manipulaci s těmito daty jakýmkoli způsobem, který za běhu vytvoří neplatnou instanci.

Podpora programovacího jazyka

Tvrzení

Běžné programovací jazyky jako Python,[3] Podpora JavaScript, C ++ a Java tvrzení ve výchozím nastavení, které lze použít k definování invarianty tříd. Běžným vzorem pro implementaci invariants ve třídách je, aby konstruktor třídy vyvolal výjimku, pokud invariant není splněn. Protože metody zachovávají invarianty, mohou převzít platnost invariantu a nemusí jej explicitně kontrolovat.

Nativní podpora

Třída invariant je základní součástí design podle smlouvy. Takže programovací jazyky, které poskytují plnou nativní podpora designu na základě smlouvy, jako Rez, Eiffelova, Ada, a D, bude také poskytovat plnou podporu pro třídní invarianty.

Nepůvodní podpora

Pro C ++, Loki knihovna poskytuje rámec pro kontrolu invariantů tříd, invariantů statických dat a bezpečnosti výjimek.

Pro Javu existuje výkonnější nástroj s názvem Java Modeling Language který poskytuje robustnější způsob definování třídních invariantů.

Příklady

Nativní podpora

D

D programovací jazyk má nativní podporu třídních invariantů i dalších smluvní programování Zde je příklad z oficiální dokumentace.[4]

třída datum {  int den;  int hodina;  neměnný() {    tvrdit(den >= 1 && den <= 31);    tvrdit(hodina >= 0 && hodina <= 23);  }}

Eiffelova

v Eiffelova, invariant třídy se objeví na konci třídy následující za klíčovým slovem neměnný.

třída	DATUMvytvořit	udělatVlastnosti {ŽÁDNÝ} - Inicializace	udělat (a_day: CELÉ ČÍSLO; hodina: CELÉ ČÍSLO)			- Inicializovat `Current 'pomocí` a_day' a `a_hour '.		vyžadovat			platný_den: a_day >= 1 a a_day <= 31			platná_hodina: hodina >= 0 a hodina <= 23		dělat			den := a_day			hodina := hodina		zajistit			day_set: den = a_day			hour_set: hodina = hodina		konecVlastnosti -- Přístup	den: CELÉ ČÍSLO		- Den v měsíci pro aktuální	hodina: CELÉ ČÍSLO		- Hodina dne pro „Aktuální“Vlastnosti - Změna prvku	set_day (a_day: CELÉ ČÍSLO)			- Nastavit `den 'na` a_day'		vyžadovat			valid_argument: a_day >= 1 a a_day <= 31		dělat			den := a_day		zajistit			day_set: den = a_day		konec	set_hour (hodina: CELÉ ČÍSLO)			- Nastavit `hodinu 'na` a_hodinu'		vyžadovat			valid_argument: hodina >= 0 a hodina <= 23		dělat			hodina := hodina		zajistit			hour_set: hodina = hodina		konecneměnný	platný_den: den >= 1 a den <= 31	platná_hodina: hodina >= 0 a hodina <= 23konec

Nepůvodní podpora

C ++

The Loki (C ++) knihovna poskytuje rámec napsaný uživatelem Richard Sposato pro kontrolu invariantů třídy, invariantů statických dat a bezpečnost výjimek úroveň.

Toto je příklad toho, jak může třída pomocí Loki :: Checker ověřit, že invarianty zůstanou pravdivé i po změně objektu. Příklad používá objekt geopointu k uložení polohy na Zemi jako souřadnice zeměpisné šířky a délky.

Geopointové invarianty jsou:

  • zeměpisná šířka nesmí být větší než 90 ° severní šířky.
  • zeměpisná šířka nesmí být menší než -90 ° jižně.
  • zeměpisná délka nesmí být více než 180 ° na východ.
  • zeměpisná délka nesmí být menší než -180 ° západně.
#zahrnout  // Potřebné ke kontrole invarianty třídy.#zahrnout <Degrees.hpp>třída GeoPoint { veřejnost:  GeoPoint(Stupně zeměpisná šířka, Stupně zeměpisná délka);  /// Funkce Move přesune umístění GeoPoint.  prázdnota Hýbat se(Stupně zeměpisná šířka_změna, Stupně zeměpisná délka_změna) {    // Objekt kontroly volá IsValid při vstupu a výstupu funkce, aby to dokázal    // Objekt GeoPoint je platný. Kontrola také zaručuje GeoPoint :: Move    // funkce nikdy nevrhne.    Zkontrolovat::CheckForNoThrow kontrola(tento, &Je platný);    zeměpisná šířka_ += zeměpisná šířka_změna;    -li (zeměpisná šířka_ >= 90.0) zeměpisná šířka_ = 90.0;    -li (zeměpisná šířka_ <= -90.0) zeměpisná šířka_ = -90.0;    zeměpisná délka_ += zeměpisná délka_změna;    zatímco (zeměpisná délka_ >= 180.0) zeměpisná délka_ -= 360.0;    zatímco (zeměpisná délka_ <= -180.0) zeměpisná délka_ += 360.0;  } soukromé:  / ** @note CheckFor provádí kontrolu platnosti v mnoha funkcích k určení   pokud kód porušil nějaké invarianty, změnil se jakýkoli obsah nebo pokud   funkce vyvolala výjimku.   */  použitím Zkontrolovat = ::Loki::Zkontrolovat<konst GeoPoint>;  /// Tato funkce kontroluje všechny invarianty objektů.  bool Je platný() konst {    tvrdit(tento != nullptr);    tvrdit(zeměpisná šířka_ >= -90.0);    tvrdit(zeměpisná šířka_ <= 90.0);    tvrdit(zeměpisná délka_ >= -180.0);    tvrdit(zeměpisná délka_ <= 180.0);    vrátit se skutečný;  }  Stupně zeměpisná šířka_;   ///                        ///   Stupně zeměpisná délka_;  ///                        /// }

Jáva

Toto je příklad invariantní třídy v Programovací jazyk Java s Java Modeling Language Invariant musí platit po dokončení konstruktoru a při vstupu a výstupu všech veřejných členůfunctions. Veřejné členské funkce by měly definovat předpoklad a podmínka abychom zajistili invariantnost třídy.

veřejnost třída datum {    int / * @ spec_public @ * / den;    int / * @ spec_public @ * / hodina;    / * @ invariant day> = 1 && day <= 31; @ * / // invariant třídy    / * @ invariantní hodina> = 0 && hodina <= 23; @ * / // invariant třídy    /*@    @requires d> = 1 && d <= 31;    @ požaduje h> = 0 && h <= 23;    @*/    veřejnost datum(int d, int h) { // konstruktor        den = d;        hodina = h;    }    /*@    @requires d> = 1 && d <= 31;    @ den zabezpečení == d;    @*/    veřejnost prázdnota setDay(int d) {        den = d;    }    /*@    @vyžaduje h> = 0 && h <= 23;    @hodina hodin == h;    @*/    veřejnost prázdnota nastavitHour(int h) {        hodina = h;    }}

Reference

  1. ^ Meyer, Bertrand. Objektově orientovaná konstrukce softwaru, druhé vydání, Prentice Hall, 1997, str. 570.
  2. ^ E. Gamma, R. Helm, R. Johnson a J. Vlissides. Návrhové vzory: Prvky opakovaně použitelného objektově orientovaného softwaru. Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1995., s. 20.
  3. ^ Oficiální dokumenty v Pythonu, prosazovat prohlášení
  4. ^ „Programování smluv - programovací jazyk D“. dlang.org. Citováno 2020-10-29.

externí odkazy