14. Предпочитайте ошибки компиляции и компоновки ошибкам времени выполнения

14. Предпочитайте ошибки компиляции и компоновки ошибкам времени выполнения

Резюме

Не стоит откладывать до выполнения программы выявление ошибок, которые можно обнаружить при ее сборке. Предпочтительно писать код, который использует компилятор для проверки инвариантов в процессе компиляции, вместо того, чтобы проверять их во время работы программы. Проверки времени выполнения зависят от выполнимого кода и данных, так что вы только изредка можете полностью полагаться на них. Проверки времени компиляции, напротив, не зависят от данных и предыстории исполнения, что обычно обеспечивает более высокую степень надежности.

Обсуждение

Язык С++ предлагает массу средств для "ускорения" обнаружения ошибок во время компиляции. Использование этих возможностей статических проверок дает массу преимуществ, включая следующие.

• Статические проверки не зависят от данных и логики программы. Статические проверки гарантируют независимость от входных данных программы или потока ее выполнения. В противоположность этому, чтобы убедиться в достаточной строгости тестирования времени выполнения, вы должны проверить его на представительном наборе входных данных. Это достаточно большая и неприятная работа для всех нетривиальных систем.

• Статически выраженные модели более строги. Зачастую то, что программа полагается на проверки времени компиляции, а не времени выполнения, отражает лучший дизайн, поскольку модель, создаваемая программой, корректно выражена с использованием системы типов С++. Таким образом, вы и компилятор оказываетесь партнерами с общим взглядом на инварианты программ. Зачастую проверки времени выполнения приходится использовать там, где теоретически проверку можно было бы провести статически, но сделать это невозможно из-за ограничений языка программирования (см. рекомендацию 68).

• Статические проверки не приводят к накладным расходам времени выполнения. При замене динамических проверок статическими создаваемая выполнимая программа оказывается быстрее, оставаясь столь же корректной.

Один из наиболее мощных инструментов статических проверок в С++ — статическая проверка типов. Споры о том, должны ли типы проверяться статически (С++, Java, ML, Haskell) или динамически (Smalltalk, Ruby, Python, Lisp), все еще активно продолжаются. В общем случае нет явного победителя, и имеются языки и стили разработки, которые дают хорошие результаты как в одном, так и во втором случае. Сторонники статической проверки аргументируют свою позицию тем, что обработка большого класса ошибок времени выполнения может быть просто устранена, что дает более надежную и качественную программу. Поклонники динамических проверок говорят, что компиляторы способны выявить только часть потенциальных ошибок, так что если вы все равно должны писать тесты для ваших модулей, вы можете вообще не волноваться о статических проверках, получив при этом менее ограничивающую среду программирования.

Понятно одно: в контексте статически типизированного языка С++, обеспечивающего строгую проверку типов и минимальную автоматическую проверку времени выполнения, программисты определенно должны использовать систему типов для своей пользы везде, где только это возможно (см. рекомендации с 90 по 100). В то же время тестирование времени выполнения целесообразно для выполнения проверок, зависящих от данных и потока выполнения программы (например, проверка выхода за границы массива или корректности входных данных) (см. рекомендации 70 и 71).

Примеры

Имеется ряд примеров, где вы можете заменить проверки времени выполнения проверками времени компиляции.

Пример 1. Логические условия времени компиляции. Если вы проверяете логическое условие времени компиляции наподобие sizeof(int) >= 8, используйте статические проверки (обратите также внимание на рекомендацию 91).

Пример 2. Полиморфизм времени компиляции. Подумайте о замене полиморфизма времени выполнения (виртуальные функции) полиморфизмом времени компиляции (шаблоны) при определении обобщенных функций или типов. Последний приводит к коду с лучшей статической проверкой (см. также рекомендацию 64).

Пример 3. Перечисления. Подумайте об определении перечислений (или, что еще лучше, полностью законченных типов), когда вам требуется выразить символьные константы или ограниченные целочисленные значения.

Пример 4. Понижающее преобразование типов. Если вы часто используете оператор dynamic_cast (или, что еще хуже, непроверяемый static_cast) для понижающего преобразования типов, возможно, ваш базовый класс предоставляет слишком малую функциональность? Подумайте над перепроектированием ваших интерфейсов таким образом, чтобы ваша программа могла выразить необходимые вычисления посредством базового класса.

Исключения

Некоторые условия не могут быть проверены в процессе компиляции и требуют проверки времени выполнения. В таком случае для обнаружения внутренних программных ошибок следует использовать assert (см. рекомендацию 68) и следовать советам из остальной части раздела, посвященного обработке ошибок, для прочих ошибок времени выполнения, таких как ошибки, зависящие от данных (см. рекомендации с 69 по 75).

Ссылки

[Alexandrescu01] §3 • [Boost] • [Meyers97] §46 • [Stroustrup00] §2.4.2 • [Sutter02] §4 • [Sutter04] §2, §19