Kotlin Contract
Kotlin Contract
Kotlin 的智能推断是其语言的一大特色。
智能推断，能够根据类型检测自动转换类型。
但是，智能推断并没有想象中的强大，例如下面的代码就无法进行推断，导致编译失败：
fun String?.isNotNull():Boolean {
return this!=null && this.isNotEmpty()
}
fun printLength(s:String?=null) {
if (!s.isNotNull()) {
println(s.length) // Only safe (?.) or non-null asserted (!!.) calls are allowed on a nullable receiver of type String?
}
}因为编译器在处理s.length时，会将 s 推断成value-parameter s: String? = ...并不是 String 类型。智能推断失效了，代码也无法编译。
对上述代码做如下修改，即可编译成功：
fun printLength(s:String?=null) {
if (!s.isNullOrEmpty()) {
println(s.length)
}
}isNullOrEmpty() 是 Kotlin 标准库中 String 的扩展函数，其源码：
@kotlin.internal.InlineOnly
public inline fun CharSequence?.isNullOrEmpty(): Boolean {
contract {
returns(false) implies (this@isNullOrEmpty != null)
}
return this == null || this.length == 0
}我们会发现 isNullOrEmpty() 的源码中包含了contract函数，实际上它会告诉编译器当 isNullOrEmpty() 返回 false 时，则 isNullOrEmpty != null 成立，因此 printLength() 函数中的变量 s 不会为 null。
通过契约，开发者可以向编译器提供有关函数的行为，以帮助编译器对代码执行更完整的分析。
契约就像是开发者和编译器沟通的桥梁，但是编译器必须无条件地遵守契约。
一. Contract 的概念
Contract 是一种向编译器通知函数行为的方法。
Contract 是 Kotlin1.3 的新特性，在当前 Kotlin 1.4 时仍处于试验阶段。
二. Contract 的特性
- 只能在 top-level 函数体内使用 Contract，不能在成员和类函数上使用它们。
- Contract 所调用的声明必须是函数体内第一条语句。
- 目前 Kotlin 编译器并不会验证 Contract，因此开发者有责任编写正确合理的 Contract。
在 Kotlin 1.4 中，对于 Contract 有两项改进：
- 支持使用内联特化的函数来实现契约
- Kotlin 1.3 不能为成员函数添加 Contract，从 Kotlin 1.4 开始支持为 final 类型的成员函数添加 Contract（当然任意成员函数可能存在被覆写的问题，因而不能添加）。
当前 Contract 有两种类型：
- Returns Contracts
- CallInPlace Contracts
2.1 Returns Contracts
Returns Contracts 表示当 return 的返回值是某个值（例如true、false、null）时，implies后面的条件成立。
Returns Contracts 有以下几种形式：
- returns(true) implies
- returns(false) implies
- returns(null) implies
- returns implies
- returnsNotNull implies
其他几个类型按照字面意思很好理解，returns implies 怎么理解呢？
我们来看一下 Kotlin 的 requireNotNull() 函数的源码：
@kotlin.internal.InlineOnly
public inline fun <T : Any> requireNotNull(value: T?): T {
contract {
returns() implies (value != null)
}
return requireNotNull(value) { "Required value was null." }
}
@kotlin.internal.InlineOnly
public inline fun <T : Any> requireNotNull(value: T?, lazyMessage: () -> Any): T {
contract {
returns() implies (value != null)
}
if (value == null) {
val message = lazyMessage()
throw IllegalArgumentException(message.toString())
} else {
return value
}
}contract() 告诉编译器，如果调用 requireNotNull 函数后能够正常返回，且没有抛出异常，则 value 不为空。
因此，returns implies 表示当该函数正常返回时，implies后面的条件成立。
Contract 正是通过这种声明函数调用的结果与所传参数值之间的关系来改进 Kotlin 智能推断的效果。
2.2 CallInPlace Contracts
前面Kotlin 如何优雅地使用 Scope Functions曾介绍过 Scope Function，我们来回顾一下 let 函数的源码：
@kotlin.internal.InlineOnly
public inline fun <T, R> T.let(block: (T) -> R): R {
contract {
callsInPlace(block, InvocationKind.EXACTLY_ONCE)
}
return block(this)
}contract() 中的 callsInPlace 会告知编译器，lambda 表达式 block 在 let 函数内只会执行一次。在 let 函数被调用结束后，block 将不再被执行。
callsInPlace() 允许开发者提供对调用的 lambda 表达式进行时间/位置/频率上的约束。
callsInPlace() 中的 InvocationKind 是一个枚举类，包含如下的枚举值：
- AT_MOST_ONCE：函数参数将被调用一次或根本不调用。
- EXACTLY_ONCE：函数参数将只被调用一次。
- AT_LEAST_ONCE：函数参数将被调用一次或多次。
- UNKNOWN：一个函数参数它可以被调用的次数未知。
Kotlin 的 Scope Function 都使用了上述 Contracts。
三. Contract 源码解析
Contract 采用 DSL 方式进行声明，我们来看一下 contract() 函数的源码：
@ContractsDsl
@ExperimentalContracts
@InlineOnly
@SinceKotlin("1.3")
@Suppress("UNUSED_PARAMETER")
public inline fun contract(builder: ContractBuilder.() -> Unit) { }通过 ContractBuilder 构建了 Contract，其源码如下：
@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
}returns()、returnsNotNull()、callsInPlace() 分别返回 Returns、ReturnsNotNull、CallsInPlace 对象。这些对象最终都实现了 Effect 接口：
@ContractsDsl
@ExperimentalContracts
@SinceKotlin("1.3")
public interface EffectEffect 表示函数调用的效果。每当调用一个函数时，它的所有效果都会被激发。编译器将收集所有激发的效果以便于其分析。
目前 Kotlin 只支持有 4 种 Effect：
- Returns： 表示函数成功返回，不会不引发异常。
- ReturnsNotNull：表示函数成功返回不为 null 的值。
- ConditionalEffect：表示一个效果和一个布尔表达式的组合，如果触发了效果，则保证为true。
- CallsInPlace：表示对传递的 lambda 参数的调用位置和调用次数的约束。
四. 小结
Contract 是帮助编译器分析的一个很好的工具，它们对于编写更干净、更好的代码非常有帮助。在使用 Contract 的时候，请不要忘记编译器不会去验证 Contract。