デザイン・バイ・コントラクト(Design by Contract)とは何か?

Question

Accepted Answer

**デザイン・バイ・コントラクト(DbC)**は、メソッドと呼び出し元の関係を形式的な契約として扱い、3つの要素で定義されます: **前提条件**(呼び出し元が保証すべきこと)、**事後条件**(メソッドが返す保証)、および**不変式**(オブジェクトが常に真であるべきこと)。

## 3つの義務

```text
PRECONDITION  → caller's duty: inputs/state the method requires to run correctly
POSTCONDITION → method's duty: what it promises on return (if precondition held)
INVARIANT     → always-true property of the object, before and after every method
```

## コード内での使用

```python
class Account:
    def __init__(self, balance):
        self._balance = balance
        self._check_invariant()

def withdraw(self, amount):
        assert amount > 0, "PRE: amount must be positive"        # precondition
        assert amount <= self._balance, "PRE: sufficient funds"  # precondition
        old = self._balance
        self._balance -= amount
        assert self._balance == old - amount, "POST: balance reduced"  # postcond
        self._check_invariant()

def _check_invariant(self):
        assert self._balance >= 0, "INVARIANT: balance never negative"
```

*前提条件*が失敗した場合、バグは**呼び出し元**にあります。*事後条件*または*不変式*が失敗した場合、バグは**メソッド**にあります — コントラクトは責任を正確に指摘します。

## LSPとの関係

DbCはLiskovを正確にします: サブタイプは前提条件を**弱くでき**、事後条件を**強くできます**が、その逆はできません。これはまさに置換可能性ルールをコントラクトとして述べたものです。

## トレードオフ

```text
✓ Bugs surface at the boundary, with clear blame   ✓ Contracts double as documentation
⚠️ Runtime checks cost performance (often disabled in prod via assertions)
⚠️ Not all languages enforce it natively (Eiffel does; most use asserts/validation)
```

## なぜ重要なのか

コントラクトは、曖昧な仮定("金額は正の数のはず、多分")を明示的でチェック可能なルールに変え、何か破損したときに責任を正確に割り当てます。

Liskovの置換原則とロバストなAPI設計を支えます: メソッドのコントラクトは真のインターフェースであり、型シグネチャだけより正直です。