В программировании, в частности объектно-ориентированном программировании, инвариант класса (или инвариант типа) — накладываемое программистом условие, когда объект того или иного типа находится в корректном состоянии.
Во время создания классов устанавливаются их инварианты, которые постоянно поддерживаются между вызовами публичных методов. Временное нарушение классовой инвариантности между частными вызовами метода возможно, хотя и нежелательно.
Инвариант объекта представляет собой конструкцию программирования, состоящую из набора инвариантных свойств. Это гарантирует, что объект всегда будет соответствовать предопределенным условиям, и поэтому методы могут всегда ссылаться на объект без риска сделать неточные презумпции. Определение инвариантов классов может помочь программистам и тестировщикам обнаружить больше ошибок при тестировании программного обеспечения.
Пример Объект «строка переменной длины» содержит указатель, длину выделенного буфера и длину строки, и инварианты таковы: Указатель никогда не NULL. Для строки без буфера будет («\0», 0, 0). Если же буфер выделен — он во владении данного объекта и должен быть возвращён при уничтожении. Записанная в объекте длина буфера согласуется с выделенной. Длина строки не больше, чем длина выделенной памяти минус 1 — кроме упомянутого случая («\0», 0, 0). Символ указатель[длина_строки] имеет код 0.
Одни из этих свойств легко проверяются добавленными в код самопроверками, другие — только подразумеваются.
Инварианты классов и наследование Полезный эффект инвариантов класса в объектно-ориентированном программировании увеличивается при наличии наследования. Инварианты класса наследуются, то есть инварианты всех родителей класса относятся к самому классу.
Наследование позволяет классам-потомкам изменять данные реализации родительских классов, поэтому класс потомков может изменять состояние экземпляров таким образом, чтобы сделать их недействительными с точки зрения родительского класса. Обращение к этому типу неверного потомка является одной из причин, по которой объектно-ориентированные разработчики программного обеспечения дают предпочтение инкапсуляции наследованию.
Однако, поскольку инварианты класса наследуются, инвариант класса для любого конкретного класса состоит из любых инвариантных утверждений, закодированных непосредственно в этом классе, совмещено со всеми инвариантными предложениями, унаследованными от родителей этого класса. Это означает, что, хотя классы потомков могут иметь доступ к данным реализации своих родителей, инвариант класса может помешать им манипулировать этими данными любым способом, который создаёт недопустимый экземпляр во время выполнения.
Поддержка языков программирования
Утверждения Такие языки программирования, как C++ и Java, поддерживают утверждения по умолчанию, что может использоваться для определения инвариантов класса. Общим примером реализации инвариантов в классах является то, что конструктор класса генерирует исключение, если инвариант не выполняется. Поскольку методы сохраняют инварианты, они могут принять справедливость инварианта и не должны явно проверять его.
Родная поддержка Инвариант класса является существенным компонентом контрактного программирования. Таким образом, языки программирования, обеспечивающие полную поддержку контрактного программирования, такие как Eiffel, Ада и D, также будут обеспечивать полную поддержку инвариантов классов.
Неродная поддержка В Java существует более мощный инструмент, называемый Java Modeling Language, который обеспечивает более надежный способ определения инвариантов класса.
Примеры
Родная поддержка
D Язык программирования D имеет встроенную поддержку инвариантов класса, а также другие методы программирования контрактов. Вот пример из официальной документации.
class Date { int day; int hour;
invariant() { assert(1 <= day && day <= 31); assert(0 <= hour && hour < 24);
Eiffel В Eiffel инвариант класса объявляется в конце класса после ключевого слова.
class DATE
create make
feature {NONE} -- Initialization
make (a_day: INTEGER; a_hour: INTEGER) -- Initialize `Current' with `a_day' and `a_hour'. require valid_day: 1 <= a_day and a_day <= 31 valid_hour: 0 <= a_hour and a_hour <= 23 do day := a_day hour := a_hour ensure day_set: day = a_day hour_set: hour = a_hour end
feature -- Access
day: INTEGER -- Day of month for `Current'
hour: INTEGER -- Hour of day for `Current'
feature -- Element change
set_day (a_day: INTEGER) -- Set `day' to `a_day' require valid_argument: 1 <= a_day and a_day <= 31 do day := a_day ensure day_set: day = a_day end
set_hour (a_hour: INTEGER) -- Set `hour' to `a_hour' require valid_argument: 0 <= a_hour and a_hour <= 23 do hour := a_hour ensure hour_set: hour = a_hour end
invariant valid_day: 1 <= day and day <= 31 valid_hour: 0 <= hour and hour <= 23 end
Неродная поддержка
Java Это пример инварианта класса в языке программирования Java с Java Modeling Language. Инвариант должен иметь значение true после завершения конструктора и при входе, и выходе всех членов публичной функции, которые должны определять предварительное условие и постусловие, чтобы обеспечить инвариант класса.
public class Date { int /*@spec_public@*/ day; int /*@spec_public@*/ hour;
/*@invariant 1 <= day && day <= 31; @*/ //class invariant /*@invariant 0 <= hour && hour < 24; @*/ //class invariant
/*@ @requires 1 <= d && d <= 31; @requires 0 <= h && h < 24; @*/ public Date(int d, int h) { // constructor day = d; hour = h;
/*@ @requires 1 <= d && d <= 31; @ensures day == d; @*/ public void setDay(int d) { day = d;
/*@ @requires 0 <= h && h < 24; @ensures hour == h; @*/ public void setHour(int h) { hour = h;
Примечания
Категория:Объектно-ориентированное программирование