使用 F# 中的度量单位保障数据类型安全

阅读数:222 2016 年 4 月 1 日

话题:.NET语言 & 开发

F# 中的度量单位使得给基本数据类型添加类型信息变为可能。这将会降低单位不匹配的可能性,增加更多的安全性,例如在预期单位为毫秒的情况下调用秒。虽然可以使用类来处理度量单位不匹配,在语言中直接内置功能可以使代码变得更加简洁。

F# 中的度量单位可用来给任何与其他类型相关的值,增加类型安全性。以下的代码展示了不同类型值的计算:

复制代码
[<Measure>] type dollar
[<Measure>] type pound
[<Measure>] type hour
[<Measure>] type week
[<Measure>] type year
let hoursBilledPerWeek = 32.0<hour/week>
let weeksWorkedPerYear = 47.0<week/year>
let dollarsPerHour = 100.0<dollar/hour>
let exchangeRate = 1.45<dollar/pound>
let poundsPerYear = dollarsPerHour * hoursBilledPerWeek * weeksWorkedPerYear / exchangeRate
// the value and type of poundsPerYear is: float<pound/year> = 103724.1379

一些 APIs 也可以受益于度量单位。它可以隔离一些类型的错误,例如将错误的度量单位作为参数传递。例如说 Thread.Sleep(10) 这个例子中,函数接收了一个整型参数,这个单元在之前的代码中进行过定义。使用度量单位,方法被封装之后就能提供更严密的 API:

复制代码
let sleep (time : int<ms>) = Thread.Sleep(time / 1<ms>)
sleep 10<ms>

由于上面所定义的是毫秒单位,所以调用 10 秒 sleep 就会发生编译错误:

复制代码
Error Type mismatch. Expecting a
int<ms>
but given a
int<s>

时间的单位经常需要转换。在一个公式内使用乘除法就可以完成转换。转换可以使用静态成员完成,如下面的代码所示:

复制代码
[<Measure>] type ft
[<Measure>] type inch = static member perFoot = 12.0<inch/ft>
let inches = 1.0<ft> * inch.perFoot;

处理物理问题的应用程序会需要表示一些复杂的单位,比如说牛顿。下面的例子展示了如何使用复合度量单位,组合几个简单的单位:

复制代码
let distance = 1.0<m>
let time = 2.0<sec>
let speed = 2.0<m/sec>
let acceleration = 2.0<m/sec^2>
let force = 5.0<kg m/sec^2>

需要附加说明的是,F# 的度量单位不能作为公共 API 在其他.NET 语言,例如 C# 中调用。这是因为度量单位不在 CLR 中,它们是作为语言结构被存储在程序集元数据中的。

查看英文原文Type Satety for Numerics in F# Using Units of Measure


感谢张龙对本文的审校。

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