什么是契约――Eiffel的观点
假设你现在正在面试，主考不紧不慢地给出下一道题目："请用C语言写一个类似strcpy的函数。要考虑可能发生的异常情况。" 你会怎么做呢？很明显，对方不是在考察你的编程能力，因为复制字符串实在太容易了。对方是在考察你的编程风格（习惯），或者说，要看看你编码的质量。
下面是多种可能的做法：
void
string_copy1(char* dest, const char* source)
{
assert(dest != NULL); /* 使用断言 */
assert(source != NULL);
while (*source != '\0') {
*dest = *source;
++dest;
++source;
}
*dest = '\0';
}
void
string_copy2(char* dest, const char* source)
{
if (dest != NULL && source != NULL) { /* 对错误消极静默 */
while (*source != '\0') {
*dest = *source;
++dest;
++source;
}
*dest = '\0';
}
}
int
string_copy3(char* dest, const char* source)
{
if (dest != NULL && source != NULL) {
while (*source != '\0') {
*dest = *source;
++dest;
++source;
}
*dest = '\0';
return SUCCESS; /* 返回表示正确的值 */
}
else {
errno = E_INVALIDARG; /* 设定错误号 */
return FAILED; /* 返回表示错误的值 */
}
}
// C++
void
string_copy4(char* dest, const char* source)
{
if (dest == NULL || source == NULL)
throw Invalid_Argument_Error(); /* 抛出异常 */
while (*source != '\0') {
*dest = *source;
++dest;
++source;
}
*dest = '\0';
}
如果你是主考，不知道面对这样四份答卷，你的评分如何？当然，你可以心里揣着一个"标准答案"，"顺我者昌，逆我者亡"。但是如果以认真的态度面对这四份答卷，我想很多人都会难以抉择。
因为这里涉及到了软件开发中的一个带有本质性的难题――错误处理。
历来错误处理一直是软件开发者所面临的最大困难之一。Bjarne Stroustrup在谈到其原因时说道，能够探察错误的一方不知道如何处理错误，知道如何处理错误的一方没有能力探察错误，而直接采用防御性代码来解决，会使得程序的正常结构被打乱，从而带来更多的错误。这种困境是非常难以应对的――费心耗力而未必有回报。因此，更多的人采用鸵鸟战术，对可能发生的错误视而不见，任其自然。
C++、Java和其他语言对错误处理问题的回答是异常机制。这种机制在正常的程序执行流之外开辟了专门的信道，专门用来在不同程序模块之间报告错误，解决上述错误探察与处理策略分散的矛盾。然而，有了异常处理机制后，开发者开始有一种倾向，就是使用异常来处理所有的错误。我曾经就这个问题在comp.lang.c++.moderated上展开讨论，结果是发现有相当多的人，包括Boost开发组里的很多专家，都认为异常是错误处理的通用解决方案。
对此我不能赞同。并且我认为滥用异常比不用异常的危害更大。
The Pragmatic Programmer是一本在国外程序员中间颇为流行的书，其中在讲到错误处理时，有一句箴言：
"只在真正异常的状况下使用异常。"
书中举了一个例子，如果你需要当前目录下的一个名叫"app.dat"的文件，而这个文件不存在，那么这不叫异常状况，这是你应该预料到的、并且显式处理的情况。而如果你要到Windows目录下寻找user.dat文件，却没找到，那才叫做异常状况――因为每一个正常运行的Windows系统都应该有这个文件。
我非常赞成书中的那句忠告，可是究竟什么是"真正异常"的状况？书中的这个例子显然只是一个颇具感性的、寓言似的故事，具有所有寓言的共同特点――读起来觉得豁然开朗，收获很大，实际上帮不了你什么忙。这种例子对于我们的实际开发，仍然提供不了真正的帮助。
究竟应该如何看待错误？怎样才能最好地错误处理？
说实话，在这两个问题上，我们所见到的大部分语言都没有给出很好的回答。C秉承一贯风格，把所有的东西推给开发者考虑；Ada发明了异常，但是又为异常所累（知道阿里亚纳5火箭的处女航为什么失败吗？）；C++企图将Ada的异常机制融合进自己的体系中，结果异常成了C++中最难以处理的东西；Java和C#显然都没有耐心重新考虑错误处理这桩事，而只是简单的将C++的异常机制完善化了事。
与上述这些语言不同，Eiffel从一开始就把错误处理放在核心的位置上予以考虑，并以"契约"思想为核心，建立了整个的错误处理思想体系。在我了解的语言里，Eiffel是对这个问题思考最为深刻一个，因此，Eiffel历来享有"高质量系统开发语言"的声誉。（事实上，Bertrand Meyer很不喜欢别人称Eiffel为"编程语言"，他反复强调，Eiffel是一个Software Development Framework。不过本文只涉及语言特性，所以姑且称Eiffel语言。）
Eiffel把软件错误产生的本质归结与"契约"的破坏。Eiffel认为，一个软件能够正常运作，正确完成任务，是需要一系列条件的。这些条件包括客观运行环境良好，操作者操作正确，软件内部功能正确等等。因此，软件的正确运行，是环境、操作者与软件本身三方面合作的结果。相应的，系统的错误，也是由于三者中有一方没有正确履行自己的职责而导致的。细化到软件内部，每个软件都是由若干不同的模块组成的，软件的错误，是由于某些模块没有正确履行自己的职责。要彻底杜绝软件错误，只有分清各自模块的责任，并且建立机制，敦促各模块正确履行自己的责任，然后才有可能做到Bug-free。（鉴于系统中错综复杂的关系，以及开发者认识能力的局限，我认为真正无错误的系统是不可能的。但是当前一般软件系统中的质量问题远远比应有的严重。）
如何保证各方恪守职责呢？Eiffel引入了契约（Contract）这个概念。这里的契约与我们通常所说的商业契约很相似，有以下几个特点：
1. 契约关系的双方是平等的，对整个bussiness的顺利进行负有共同责任，没有哪一方可以只享有权利而不承担义务。
2. 契约关系经常是相互的，权利和义务之间往往是互相捆绑在一起的；
3. 执行契约的义务在我，而核查契约的权力在人；
4. 我的义务保障的是你的利益，而你的义务保障的是我的利益；
将契约关系引入到软件开发领域，尤其是面向对象领域之后，在观念上给我们带来了几大冲击：
1. 一般的观点，在软件体系中，程序库和组件库被类比为server，而使用程序库、组件库的程序被视为client。根据这种C/S关系，我们往往对库程序和组件的质量提出很严苛的要求，强迫它们承担本不应该由它们来承担的责任，而过分纵容client一方，甚至要求库程序去处理明显由于client错误造成的困境。客观上导致程序库和组件库的设计和编写异常困难，而且质量隐患反而更多；同时client一方代码大多松散随意，质量低劣。这种情形，就好像在一个权责不清的企业里，必然会养一批尸位素餐的混混，苦一批任劳任怨，不计得失的老黄牛。引入契约观念之后，这种C/S关系被打破，大家都是平等的，你需要我正确提供服务，那么你必须满足我提出的条件，否则我没有义务"排除万难"地保证完成任务。
2. 一般认为在模块中检查错误状况并且上报，是模块本身的义务。而在契约体制下，对于契约的检查并非义务，实际上是在履行权利。一个义务，一个权利，差别极大。例如上面的代码：
if (dest == NULL) { ... }
这就是义务，其要点在于，一旦条件不满足，我方（义务方）必须负责以合适手法处理这尴尬局面，或者返回错误值，或者抛出异常。而：
assert(dest != NULL);
这是检查契约，履行权利。如果条件不满足，那么错误在对方而不在我，我可以立刻"撕毁合同"，罢工了事，无需做任何多余动作。这无疑可以大大简化程序库和组件库的开发。
3. 契约所核查的，是"为保证正确性所必须满足的条件"，因此，当契约被破坏时，只表明一件事：软件系统中有bug。其意义是说，某些条件在到达我这里时，必须已经确保为"真"。谁来确保？应该是系统中的其他模块在先期确保。如果在我这里发现契约没有被遵守，那么表明系统中其他模块没有正确履行自己的义务。就拿上面提到的"打开文件"的例子来说，如果有一个模块需要一个FILE*，而在契约检查中发现该指针为NULL，则意味着有一个模块没有履行其义务，即"检查文件是否存在，确保文件以正确模式打开，并且保证指针的正确性"。因此，当契约检查失败时，我们首先要知道这意味着程序员错误，而且要做的不是纠正契约核查方，而是纠正契约提供方。换句话说，当你发现:
assert(dest != NULL);
报错时，你要做的不是去修改你的string_copy函数，而是要让任何代码在调用string_copy时确保dest指针不为空。
4. 我们以往对待"过程"或"函数"的理解是：完成某个计算任务的过程，这一看法只强调了其目标，没有强调其条件。在这种理解下，我们对于exception的理解非常模糊和宽泛：只要是无法完成这个计算过程，均可被视为异常，也不管是我自己的原因，还是其他人的原因（典型的权责不清）。正是因为这种模糊和宽泛，"究竟什么时候应该抛出异常"成为没有人能回答的问题。而引入契约之后，"过程"和"函数"被定义为：完成契约的过程。基于契约的相互性，如果这个契约的失败是因为其他模块未能履行契约，本过程只需报告，无需以任何其他方式做出反应。而真正的异常状况是"对方完全满足了契约，而我依然未能如约完成任务"的情形。这样以来，我们就给"异常"下了一个清晰、可行的定义。
5. 一般来说，在面向对象技术中，我们认为"接口"是唯一重要的东西，接口定义了组件，接口确定了系统，接口是面向对象中我们唯一需要关心的东西，接口不仅是必要的，而且是充分的。然而，契约观念提醒我们，仅仅有接口还不充分，仅仅通过接口还不足以传达足够的信息，为了正确使用接口，必须考虑契约。只有考虑契约，才可能实现面向对象的目标：可靠性、可扩展性和可复用性。反过来，"没有契约的复用根本就是瞎胡闹。（Bertrand Meyer语）"。
由上述观点可以看出，虽然Eiffel所倡导的Design By Contract在表象上不过是系统化的断言（assertion）机制，然而在背后，确实是完全的思想革新。正如Ivar Jacoboson访华时对《程序员》杂志所说："我认为Bertrand Meyer的方向――Design by Contract――是正确的方向，我们都会沿着他的足迹前进。我相信，大型厂商（微软、IBM，当然还有Rational）都不会对Bertrand Meyer的成就坐视不理。所有这些厂商都会在这个方向上有所行动。"（参见《程序员》2002年第11期，P22）。
续篇-契约思想的一个反面案例 myan（原作）
刚刚发表了《什么是契约》一文，突然发现自己通篇都在写理论，没有实例来证明。所以赶快补充一个反面案例――C++ IOStream。说是反面，不是因为IOStream库设计得不精彩（恰恰相反，你很难找到比IOStream设计更为精彩的C++库了），而是想展示一下，在没有契约概念的思想体系里，组件设计将为权责不清的错误处理付出多大的代价。
作者Blog：http://blog.csdn.net/myan/
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