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契约式编程与防御式编程

背景 这事儿得从几天前的一次技术讨论说起——关于接口返回数据的处理,以及几个月前关于课件本地数据结构的争论。核心问题其实很经典:当约定好的数据格式出现异常时,我们该在程序内部默默兼容处理,还是干脆利落地抛出错误? 举个具体的例子:我们需要解析一段JSON。按照约定,它的格式要么是标准结构,要么干脆是

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    背景

    这事儿得从几天前的一次技术讨论说起——关于接口返回数据的处理,以及几个月前关于课件本地数据结构的争论。核心问题其实很经典:当约定好的数据格式出现异常时,我们该在程序内部默默兼容处理,还是干脆利落地抛出错误?

    举个具体的例子:我们需要解析一段JSON。按照约定,它的格式要么是标准结构,要么干脆是空值。但如果负责返回JSON的方法,偏偏给了一个“既非标准、又非空”的怪东西,程序该怎么办?

    团队里立刻出现了两种声音:

    小花主张:“一旦碰到约定之外的异常,程序必须做兼容处理,绝对不能Crash!”

    小Fa则认为:“约定外的异常必须立刻抛出,明确告知约定被破坏,这样才能揪出根因。”

    相信每位开发者都遇到过类似困境。最常见的“栗子”莫过于NullPointerException。当试图从JSON中取出某个字段却遭遇空指针时,一部分开发者会认定这是数据问题,把数据修正即可;另一部分则认为是程序问题,代码理应做好非空判断再使用。两种思路各有道理:前者代码简洁明了,逻辑干净,但一旦出错,程序便会崩溃;后者程序“耐操”,任你数据怎么错,我自岿然不动,但代价是代码里遍布非空判断,显得臃肿而重复。

    生存还是毁灭?这真是个问题。

    防御式编程

    正当我们争论不休时,一位姓康的同事默默祭出了一块“砖头”——《代码大全2》(近900页,厚度堪比三本《Android群英传》)。起初还以为他要物理说服,结果他翻到了第八章,几个大字赫然映入眼帘:『防御式编程』。

    《代码大全2》第八章封面图

    果然是老司机,居然能从“防御性驾驶”悟出“防御性编程”。说好的编程不开车呢?

    这位作者编程水平如何暂且不论,但论开车,肯定没有何老师diao!

    言归正传,《代码大全》给的定义很直白:所谓“防御式编程”,核心思想就是“人类是不安全且容易犯错的,你写的代码应该预见到所有可能的错误输入,确保程序不会因为别人的错误而崩溃”。

    书中提到,程序需要对可能的错误输入做出兼容。例如,一个除法函数,必须判断分母是否为0,并给调用者返回明确的错误提示。此外,高级语言通常提供了『断言』和『异常』两种机制来处理错误。

    断言

    断言,是一种在开发阶段使用的、让程序在运行时进行自检的代码。断言为真,程序正常运行;断言为假,程序则异常退出。等等,防御式编程不是说要兼容异常吗?怎么反而退出了?实际上,作者的本意是“先断言,后处理错误”,而断言通常只在开发环境中启用,正式上线后会被移除。

    断言机制示意图

    但这里存在一个悖论:开发阶段的错误处理代码,可能被断言提前拦截掉了。然而,错误处理代码本身也是人写的,谁来检测“错误处理代码”可能发生的错误呢?

    异常

    当代码出现问题时,可以通过抛出异常来通知外界。如果你无法处理,就交给上层调用者。这一点大家都很熟悉,最简单的莫过于try-catch。甚至见过有人把整段代码都塞进try-catch里——这得是对人类有多不信任?

    所以,防御式编程用久了,会不会开始怀疑人生?果然,往后翻几页,作者自己也给出了忠告。

    《代码大全》中关于防御式编程副作用的提醒

    借用奇异博士的一句台词:“你TM居然把警告写在咒语的下一页!”

    简而言之,防御式编程就是以怀疑的态度审视所有输入。但这和我们最初讨论的主题略有不同:我们面对的是“已有明确约定,但返回了约定之外内容”的情况。

    契约式编程

    讨论正酣,天空突然飘来五个字——哦不对,是另一个概念:『契约式编程』。

    这个听起来有点意思!简单来说,契约作用于双方,每一方都需要完成某些任务来促成契约,同时也必须履行一些义务作为前提。任何一方无视了应尽的义务,契约便宣告失败。

    契约式编程要求对『前提条件』、『后继条件』和『不变量条件』进行严格检查。例如参数检查,一旦参数不符合约定,立即“撕毁契约”。如今许多新语言都支持这种特性,比如Swift的参数约束检查,就是一种类契约式编程的实践。

    契约所约束的,是“确保程序正常运行的必要条件”。一旦契约被破坏,原因只有一个:程序出了Bug。例如,某个数据字段在处理时必须非空,那么谁来保证这一点?必须是调用方(或其他模块)。因此,一旦出现问题,责任方应是调用方,它必须确保调用时传入的参数符合约定。

    这让人想起早期面向日本企业编程时的一些经历。日本人的做事风格以谨慎和细致闻名,在详细设计阶段,每个方法、函数的参数、返回值、类型乃至所有可能取值都已定义清楚。方法之间有明确的界限,如果你的方法因为传入参数不符合设计而报错,你完全可以理直气壮地找到调用方,要求其按设计调用。不得不说,这堪称契约式编程的最佳实践。日企普遍采用这种方式还有一个原因:严格区分责任,让每个人都不必为了迁就他人的错误而进行“艰难的编码”。每个人只需按契约处理好自己的事,让破坏契约的人承担责任。

    再引申一下,这和现在的『面向接口编程』也非常类似。两个模块之间定义好调用和处理的接口,具体实现对方无需关心,只要按照协议开发即可。但光有接口还不够,还需要契约来进一步约束参数和返回值。

    无独有偶,《代码大全》中也提到了『进攻式编程』,其精神与契约式编程有异曲同工之妙。

    《代码大全》中关于进攻式编程的描述

    乌托邦

    好了,梦该醒了,让阳光照进现实。以上两种编程方式都非常理想化,但在大多数公司里,无论是推行防御式还是契约式,都面临实际困难。例如前端与后端的接口对接、不同部门同事的协作,按契约式编程,可能没人理会你的契约;按防御式编程,代码又容易变得惨不忍睹,且防不胜防。

    那么到底该怎么办?一个可行的思路是:如果能在公司层面推广契约式编程,首先能提升开发效率,让每个人对自己写的代码负责,在开发者之间建立坚实的信任关系,同时减少不必要的沟通成本。但与此同时,必要的防御式编程也不能少,这是保证程序健壮与稳定的底线。

    怎么说呢,这或许体现了千百年来一脉相承的智慧——『中庸之道』。契约还是防御?视具体情况而定。这终究是一门平衡的艺术。

    警告

    最后,建议各位以防御式心态阅读本文。毕竟每个人都会犯错,欢迎留言交流。

    此文一出,很可能引发双方“混战”。红与黑,天灾还是近卫,联盟还是部落——Choose your side.

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