《Kotlin Contract 契約》極簡教程

Kotlin中的Contract契約是一種向編譯器通知函數(shù)行為的方法酱固。

    val nullList: List<Any>? = null
    val b1 = nullList.isNullOrEmpty() // true

    val empty: List<Any>? = emptyList<Any>()
    val b2 = empty.isNullOrEmpty() // true

    val collection: List<Char>? = listOf('a', 'b', 'c')
    val b3 = collection.isNullOrEmpty() // false

另:

    fun f1(s: String?): Int {
        return if (s != null) {
            s.length
        } else 0
    }

it works, BUT :


fun f2(s: String?): Int {
    return if (isNotEmpty(s)) {
        s?.length ?: 0  // 我們需要使用 ?.
    } else 0
}

fun isNotEmpty(s: String?): Boolean {
    return s != null && s != ""
}

WHY ?

Contract 契約就是來解決這個(gè)問題的.

我們都知道Kotlin中有個(gè)非常nice的功能就是類型智能推導(dǎo)(官方稱為smart cast), 不知道小伙伴們在使用Kotlin開發(fā)的過程中有沒有遇到過這樣的場景诅福,會(huì)發(fā)現(xiàn)有時(shí)候智能推導(dǎo)能夠正確識(shí)別出來恩敌,有時(shí)候卻失敗了县忌。

/**
 * Returns `true` if this nullable collection is either null or empty.
 * @sample samples.collections.Collections.Collections.collectionIsNullOrEmpty
 */
@SinceKotlin("1.3")
@kotlin.internal.InlineOnly
public inline fun <T> Collection<T>?.isNullOrEmpty(): Boolean {
    contract {
        returns(false) implies (this@isNullOrEmpty != null)
    }

    return this == null || this.isEmpty()
}

so, what is contract ?

轉(zhuǎn)

上面的這段代碼說明:

inline fun <T> Collection<T>?.isNullOrEmpty(): Boolean 這個(gè)函數(shù)返回值如果是false, 那么 implies (this@isNullOrEmpty != null).

下面我們來探討一下 contract 的語法:

contract 只能使用在 top level fun 中

使用ExperimentalContracts注解聲明

由于Contract契約API (1.3中)還是Experimental徐勃,所以需要使用ExperimentalContracts注解聲明.

contract should be the first statement

//由于Contract契約API還是Experimental禁添,所以需要使用ExperimentalContracts注解聲明
@ExperimentalContracts
fun isNotEmptyWithContract(s: String?): Boolean {
    // val a = 1
    // 這里契約的意思是: 調(diào)用 isNotEmptyWithContract 函數(shù)败匹,會(huì)產(chǎn)生這樣的效果: 如果返回值是true, 那就意味著 s != null. 把這個(gè)契約行為告知到給編譯器寨昙,編譯器就知道了下次碰到這種情形,你的 s 就是非空的掀亩,自然就smart cast了舔哪。
    contract {
        returns(true) implies (s != null)
    }
    return s != null && s != ""
}


fun f3(s: String?): Int {
    return if (isNotEmptyWithContract(s)) {
        s.length
    } else 0
}


@ExperimentalContracts
fun main() {
    val demo = ContractDemo()
    demo.f3("abc")
}

再來一個(gè)稍微復(fù)雜一點(diǎn)的例子:

open class Animal(name: String)

fun Animal.isCat(): Boolean {
    return this is Cat
}


class Cat : Animal("Cat") {
    fun miao() {
        println("MIAO~")
    }
}

class Dog : Animal("Dog") {
    fun wang() {
        println("WANG~")
    }
}

我們可以看到, 普通的 Animal.isCat() 編譯器是無法自動(dòng)推斷出當(dāng)前對象的類型的, 直接報(bào)錯(cuò): Unresolved reference: miao .

只能類型強(qiáng)轉(zhuǎn): cat as Cat.

fun Animal.isCat(): Boolean {
    return this is Cat
}

這個(gè)時(shí)候 , 神奇的contract 魔法出現(xiàn)了:

@ExperimentalContracts
fun Animal.isDog(): Boolean {
    contract {
        returns(true) implies (this@isDog is Dog)
    }
    return this is Dog
}

我們可以看到, dog.wang() 可以直接調(diào)用了.

常見標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)run,also,with,apply,let

這些函數(shù)大家再熟悉不過吧,每個(gè)里面都用到contract契約:

//以apply函數(shù)舉例槽棍,其他函數(shù)同理
@kotlin.internal.InlineOnly
public inline fun <T> T.apply(block: T.() -> Unit): T {
    contract {
        callsInPlace(block, InvocationKind.EXACTLY_ONCE)
    }
    block()
    return this
}

契約解釋: 看到這個(gè)契約是不是感覺一臉懵逼捉蚤,不再是returns函數(shù)了,而是callsInPlace函數(shù)炼七,還帶傳入一個(gè)InvocationKind.EXACTLY_ONCE參數(shù)又是什么呢?
該契約表示告訴編譯器:調(diào)用apply函數(shù)后產(chǎn)生效果是指定block lamba表達(dá)式參數(shù)在適當(dāng)?shù)奈恢帽徽{(diào)用外里。適當(dāng)位置就是block lambda表達(dá)式只能在自己函數(shù)(這里就是指外層apply函數(shù))被調(diào)用期間被調(diào)用,當(dāng)apply函數(shù)被調(diào)用結(jié)束后特石,block表達(dá)式不能被執(zhí)行盅蝗,并且指定了InvocationKind.EXACTLY_ONCE表示block lambda表達(dá)式只能被調(diào)用一次,此外這個(gè)外層函數(shù)還必須是個(gè)inline內(nèi)聯(lián)函數(shù)姆蘸。

Contract契約背后原理(Contract源碼分析)

package kotlin.contracts

import kotlin.internal.ContractsDsl
import kotlin.internal.InlineOnly

/**
 * This marker distinguishes the experimental contract declaration API and is used to opt-in for that feature
 * when declaring contracts of user functions.
 *
 * Any usage of a declaration annotated with `@ExperimentalContracts` must be accepted either by
 * annotating that usage with the [UseExperimental] annotation, e.g. `@UseExperimental(ExperimentalContracts::class)`,
 * or by using the compiler argument `-Xuse-experimental=kotlin.contracts.ExperimentalContracts`.
 */
@Retention(AnnotationRetention.BINARY)
@SinceKotlin("1.3")
@Experimental
@MustBeDocumented
public annotation class ExperimentalContracts

/**
 * Provides a scope, where the functions of the contract DSL, such as [returns], [callsInPlace], etc.,
 * can be used to describe the contract of a function.
 *
 * This type is used as a receiver type of the lambda function passed to the [contract] function.
 *
 * @see contract
 */
@ContractsDsl
@ExperimentalContracts
@SinceKotlin("1.3")
public interface ContractBuilder {
    /**
     * Describes a situation when a function returns normally, without any exceptions thrown.
     *
     * Use [SimpleEffect.implies] function to describe a conditional effect that happens in such case.
     *
     */
    // @sample samples.contracts.returnsContract
    @ContractsDsl public fun returns(): Returns

    /**
     * Describes a situation when a function returns normally with the specified return [value].
     *
     * The possible values of [value] are limited to `true`, `false` or `null`.
     *
     * Use [SimpleEffect.implies] function to describe a conditional effect that happens in such case.
     *
     */
    // @sample samples.contracts.returnsTrueContract
    // @sample samples.contracts.returnsFalseContract
    // @sample samples.contracts.returnsNullContract
    @ContractsDsl public fun returns(value: Any?): Returns

    /**
     * Describes a situation when a function returns normally with any value that is not `null`.
     *
     * Use [SimpleEffect.implies] function to describe a conditional effect that happens in such case.
     *
     */
    // @sample samples.contracts.returnsNotNullContract
    @ContractsDsl public fun returnsNotNull(): ReturnsNotNull

    /**
     * Specifies that the function parameter [lambda] is invoked in place.
     *
     * This contract specifies that:
     * 1. the function [lambda] can only be invoked during the call of the owner function,
     *  and it won't be invoked after that owner function call is completed;
     * 2. _(optionally)_ the function [lambda] is invoked the amount of times specified by the [kind] parameter,
     *  see the [InvocationKind] enum for possible values.
     *
     * A function declaring the `callsInPlace` effect must be _inline_.
     *
     */
    /* @sample samples.contracts.callsInPlaceAtMostOnceContract
    * @sample samples.contracts.callsInPlaceAtLeastOnceContract
    * @sample samples.contracts.callsInPlaceExactlyOnceContract
    * @sample samples.contracts.callsInPlaceUnknownContract
    */
    @ContractsDsl public fun <R> callsInPlace(lambda: Function<R>, kind: InvocationKind = InvocationKind.UNKNOWN): CallsInPlace
}

/**
 * Specifies how many times a function invokes its function parameter in place.
 *
 * See [ContractBuilder.callsInPlace] for the details of the call-in-place function contract.
 */
@ContractsDsl
@ExperimentalContracts
@SinceKotlin("1.3")
public enum class InvocationKind {
    /**
     * A function parameter will be invoked one time or not invoked at all.
     */
    // @sample samples.contracts.callsInPlaceAtMostOnceContract
    @ContractsDsl AT_MOST_ONCE,

    /**
     * A function parameter will be invoked one or more times.
     *
     */
    // @sample samples.contracts.callsInPlaceAtLeastOnceContract
    @ContractsDsl AT_LEAST_ONCE,

    /**
     * A function parameter will be invoked exactly one time.
     *
     */
    // @sample samples.contracts.callsInPlaceExactlyOnceContract
    @ContractsDsl EXACTLY_ONCE,

    /**
     * A function parameter is called in place, but it's unknown how many times it can be called.
     *
     */
    // @sample samples.contracts.callsInPlaceUnknownContract
    @ContractsDsl UNKNOWN
}

/**
 * Specifies the contract of a function.
 *
 * The contract description must be at the beginning of a function and have at least one effect.
 *
 * Only the top-level functions can have a contract for now.
 *
 * @param builder the lambda where the contract of a function is described with the help of the [ContractBuilder] members.
 *
 */
@ContractsDsl
@ExperimentalContracts
@InlineOnly
@SinceKotlin("1.3")
@Suppress("UNUSED_PARAMETER")
public inline fun contract(builder: ContractBuilder.() -> Unit) { }

源代碼

https://github.com/EasyKotlin/kotlin-demo/blob/master/src/main/kotlin/com/light/sword/ContractDemo.kt

參考資料

https://kotlinlang.org/api/latest/jvm/stdlib/kotlin.collections/is-null-or-empty.html


Kotlin 開發(fā)者社區(qū)

國內(nèi)第一Kotlin 開發(fā)者社區(qū)公眾號(hào)墩莫,主要分享芙委、交流 Kotlin 編程語言、Spring Boot狂秦、Android灌侣、React.js/Node.js、函數(shù)式編程裂问、編程思想等相關(guān)主題侧啼。

Kotlin 開發(fā)者社區(qū)
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