Охранник (информатика)

В компьютерном программировании ограничитель — это логическое выражение , которое должно иметь значение true, если должно продолжаться выполнение программы в рассматриваемой ветви. Независимо от того, какой язык программирования используется, защитное предложение , защитный код или сторожевой оператор — это проверка предварительных условий целостности , используемых для предотвращения ошибок во время выполнения.

Использование

Типичным примером является проверка того, что ссылка, которая будет обработана, не является нулевой, что позволяет избежать сбоев нулевого указателя .

Другие варианты использования включают использование логического поля для идемпотентности (поэтому последующие вызовы являются nops ), как в шаблоне расположения .

public string Foo(string username)
{
    if (username == null) {
        throw new ArgumentNullException(nameof(username), "Username is null.");
    }
    // Rest of the method code follows here...
}

Более плоский код с меньшим количеством вложений

Защита обеспечивает ранний выход из подпрограммы и является широко используемым отклонением от структурного программирования , удаляя один уровень вложенности и приводя к более плоскому коду: ^[1] замена if guard { ... } с if not guard: return; ....

Использование защитных предложений может быть методом рефакторинга для улучшения кода. В целом, меньшее количество вложений — это хорошо, поскольку это упрощает код и снижает когнитивную нагрузку.

Например, в Python :

# This function has no guard clause
def f_noguard(x):
    if isinstance(x, int):
        #code
        #code
        #code
        return x + 1
    else:
        return None

# Equivalent function with a guard clause. Note that most of the code is less indented, which is good
def f_guard(x):
    if not isinstance(x, int):
        return None
    #code
    #code
    #code
    return x + 1

Другой пример, написанный на C :

// This function has no guard clause
int funcNoGuard(int x) {
  if (x >= 0) {
    //code
    //code
    //code
    return x + 1; 
  } else {
    return 0;
  }
}

// Equivalent function with a guard clause
int funcGuard(int x) {
  if (x < 0) {
    return 0;
  }

  //code
  //code
  //code
  return x + 1; 
}

Терминология

Этот термин используется с определенным значением в APL , Haskell , Clean , Erlang , occam , Promela , OCaml , Swift , ^[2] Python начиная с версии 3.10 и Scala . языки программирования ^{[ нужна ссылка ]} В системе Mathematica меры защиты называются ограничениями . Охранники являются фундаментальной концепцией в Guarded Command Language , языке формальных методов . Охранники можно использовать для дополнения сопоставления с образцом возможностью пропуска шаблона, даже если структура совпадает. Булевы выражения в условных операторах обычно также соответствуют этому определению защиты, хотя они и называются условиями .

Математика

В следующем примере Haskell защитные элементы встречаются между каждой парой символов "|". и "=":

f x
 | x > 0 = 1
 | otherwise = 0

Это похоже на соответствующее математическое обозначение:

$f(x)=\left\{{\begin{matrix}1&{\mbox{if }}x>0\\0&{\mbox{otherwise}}\end{matrix}}\right.$

В этом случае защита находится в предложениях «если» и «иначе».

Несколько охранников

Если имеется несколько параллельных охранников, они обычно опробуются в порядке сверху вниз, и выбирается ветвь, прошедшая первым. Охранники в списке дел обычно параллельны.

Однако в понимании списков Haskell меры защиты расположены последовательно, и если какой-либо из них дает сбой, элемент списка не создается. Это было бы то же самое, что объединение отдельных защитных элементов с помощью логического И , за исключением того, что среди защитных элементов могут быть и другие элементы понимания списка.

Эволюция

Простое условное выражение, уже присутствующее в CPL в 1963 году, имеет защиту для первого подвыражения и еще одно подвыражение, которое можно использовать на случай, если первое невозможно использовать. Некоторые распространенные способы написать это:

(x>0) -> 1/x; 0
x>0 ? 1/x : 0

Если второе подвыражение может быть еще одним простым условным выражением, мы можем предоставить больше альтернатив, которые можно попробовать перед последним провалом :

(x>0) -> 1/x; (x<0) -> -1/x; 0

В 1966 году ISWIM имел форму условного выражения без обязательного пропускающего падежа, что отделяло защиту от концепции выбора «или-или». В случае с ISWIM, если ни одна из альтернатив не могла быть использована, значение должно было быть неопределенным , которое никогда не могло быть преобразовано в значение.

KRC , «миниатюрная версия» ^[3] SASL (1976) был одним из первых языков программирования , в котором использовался термин «защита». Определения его функций могли состоять из нескольких предложений, и то, которое нужно применить, выбиралось на основе защитных мер, следующих за каждым предложением:

 fac n = 1,               n = 0
       = n * fac (n-1),   n > 0

Использование защитных предложений и термина «защитное предложение» восходит, по крайней мере, к практике Smalltalk в 1990-х годах, как это кодифицировано Кентом Беком . ^[1]

В 1996 году Dyalog APL принял альтернативный чисто функциональный стиль, в котором единственной структурой управления является защита. ^[4] В этом примере в APL вычисляется четность входного числа:

parity←{
        2∣⍵ : 'odd'
              'even'
        }

Узорная охрана

В дополнение к защите, прикрепленной к шаблону, защита по образцу может относиться к использованию сопоставления с образцом в контексте защиты. По сути, совпадение с шаблоном считается пройденным. Это значение было введено в предложении для Haskell Саймоном Пейтоном Джонсом под названием «Новый взгляд на охранников» в апреле 1997 года и использовалось при реализации этого предложения. Эта функция предоставляет возможность использовать шаблоны в защите шаблона.

Пример на расширенном Haskell:

 clunky env var1 var2
 | Just val1 <- lookup env var1
 , Just val2 <- lookup env var2
 = val1 + val2
 -- ...other equations for clunky...

Это будет звучать так: «Неуклюже для среды и двух переменных, в случае, если поиск переменных из среды дает значения , является суммой значений. ...» Как и в случае с пониманием списков , защитные меры расположены последовательно, и если любой из них терпит неудачу, ветка не берется.

См. также

Утверждение
Guarded Command Language — язык программирования, основанный на недетерминированных условных выражениях.
Защищенная подвеска
Кронштейн Айверсона
Логическое условное
Узел Sentinel — объект, обозначающий конец структуры данных.
Оператор переключения

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Бек, Кент (1997). «Охранная статья». Шаблоны передового опыта Smalltalk, . стр. 178–179.
^ Кук, Нейт. «охранять и откладывать» . НШипстер . Проверено 26 февраля 2016 г.
^ Тернер, Д.А. «Некоторые истории языков функционального программирования» (PDF) .
^ Скоулз, Джон. «Прямые функции в Dyalog APL» (PDF) .

Внешние ссылки

Guard в бесплатном онлайн-словаре по вычислительной технике — FOLDOC , Денис Хоу (редактор).
Оговорка о защите , WikiWikiWeb
Отчет Haskell 98 , глава 3. Выражения .
Книга Mathematica, раздел 2.3.5. Наложение ограничений на шаблоны
Руководство пользователя системы компиляции Haskell Glorious Glasgow , версия 6.4, раздел 7.3.2. Узорные охранники

[beck-1] Jump up to: ^а ^б Бек, Кент (1997). «Охранная статья». Шаблоны передового опыта Smalltalk, . стр. 178–179.

[2] Кук, Нейт. «охранять и откладывать» . НШипстер . Проверено 26 февраля 2016 г.

[3] Тернер, Д.А. «Некоторые истории языков функционального программирования» (PDF) .

[4] Скоулз, Джон. «Прямые функции в Dyalog APL» (PDF) .

[1]

[2]

[3]

[4]