F# 中的静态 Duck Typing

  • 赵劼

2009 年 6 月 15 日

话题:.NET语言 & 开发架构

Duck Typing 是动态语言的重要特性之一,据 Wikipedia 中的定义,这个名称及概念由James Whitcomb Riley提出:

当一只鸟走路像鸭子,游泳像鸭子,叫起来也像鸭子,那么我们就认为它就是鸭子。

对于传统的静态类型的语言(如 C# 或 Java),类型的判定会在编译期进行,如果一系列类型需要对外界释放出某种共同的行为,那么它们则必须符合一个共同的协议(如基类或接口)。在支持 Duck Typing 的语言(如 JavaScript 或 Python)中,对于某个对象成员的访问会在运行时进行检查,正所谓“延迟判定”。关于 Duck Typing 的优劣,动态检查和静态检查之间的讨论已经数不胜数。

如果在 C# 等静态语言中希望实现 Duck Typing 一般都会借助反射或动态生成适配器的方式进行,而在 C# 4.0 中甚至增加了dynamic 关键字从语法层面实现了 Duck Typing。不过在 F# 中实现了一种在编译期进行检查的 Duck Typing 特性。Matthew Podwysocki在他的文章中展示了这样一个例子:

let inline flyAndWalk arg =
  let flying = ( ^a : (member Fly : unit -> string) arg)
  let walking = ( ^a : (member Walk : unit -> string) arg)
  (flying, walking)

type Duck() =
  member this.Swim() = "paddling"
  member this.Fly() = "flapping"
  member this.Walk() = "waddling"
 
type Eagle() =
  member this.Fly() = "soaring"
  member this.Walk() = "creeping"

let (eFly, eWalk) = flyAndWalk (new Eagle())
let (dFly, dWalk) = flyAndWalk (new Duck())

在以上代码中,flyAndWalk 方法限制了 arg 参数所必须具备的条件:“拥有特定签名的 Fly 和 Walk 方法”,而编译器则会对 flyAndWalk 方法的使用进行校验。F# 提供了inline 关键字使一个函数在编译时内联至调用方,不过它也限制了此类方法被.NET 平台上的其他语言调用。此外,与“范型”在运行时生成新类型的方式有所不同,“^”符号表示在编译期对可变类型进行静态解析。有关 inline 和“^”符号的含义及作用,Michael Giagnocavo文章对此有较为详细的解释及相关示例。

F# 的强类型 Duck Typing 特性在编译期限制了可用类型的结构,在保证了类型安全的同时,避免使用特定的协议来强制约束不同的类型。在 OCaml、Scala 等语言中,类似的特性也被称作 Structure Typing。Lmeyerov 认为

Duck typing 看上去包含了动态的含义,而 Structure subtyping 是 Ocaml 静态世界中的瑰宝。

laogao也有类似的看法:

我觉得严格意义上我们不应该称其为 duck typing,而是用 structural typing,只是在跟别人解释的时候,也许可以说它类似动态语言如 Python、Ruby、Groovy 等中的 duck typing 的概念。“duck typing”这个概念还是留给动态语言吧,让它指代在运行期而非编译期对类型的判定,静态语言如 Scala,还是叫“structural typing”吧。

您会在什么情况下使用这个特性呢?F# 作为集成至 VS 2010 中的一线语言,已经展现出越来越强的生命力,您准备好了吗?

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