使用泛型在编译时强制执行有效的结构

Question

通过滥用c#中的类型系统,我可以创建代码,编译器将强制执行规则,以确保不执行不可能的操作.在下面的代码中,它特定于矩阵乘法.

显然,下面的内容完全不切实际/错误,但有没有理由我们将来在c#中不能有这样的东西,我可以在其中定义类似Matrix <2,2>的类型并让编译器确保安全性？

此外,在任何主流语言中都存在这样的事情吗？我怀疑C++中的元编程可能会有这样的事情吗？

public abstract class MatrixDimension { }

public class One : MatrixDimension { }
public class Two : MatrixDimension { }
public class Three : MatrixDimension { }

public class Matrix<TRow, TCol>
    where TRow : MatrixDimension
    where TCol : MatrixDimension
{

// matrix mult. rule. N×M * M×P  = N×P 
    public Matrix<TRow, T_RHSCol> Mult<T_RHSCol>(Matrix<TCol, T_RHSCol> rhs)
        where T_RHSCol : MatrixDimension
    { return null;}
}

public class TwoByTwo : Matrix<Two, Two> { }

public void Main()
{
    var twoByTwo = new Matrix<Two, Two>();
    var oneByTwo = new Matrix<One, Two>();
    var twoByThree = new Matrix<Two, Three>();
    var threeByTwo = new Matrix<Three, Two>();
    var _twoByTwo = new TwoByTwo();

    var _2x2 = twoByTwo.Mult(twoByTwo);
    var _1x2 = oneByTwo.Mult(twoByTwo);
    var _3x3 = twoByThree.Mult(threeByTwo);

    var _2x2_ = _twoByTwo.Mult(twoByTwo);

    var invalid = twoByThree.Mult(twoByThree); // compile fails, as expected
}

Answer 1

F# 支持语言中内置的度量单位- 基本上是在 CLR 类型之上创建更丰富的类型系统，就像您开始使用泛型所做的那样。

构建更丰富的类型系统（我在自己的软件中使用该系统以确保核心模块的高可靠性和正确性）的一种不同的（我认为是互补的）方法是结合使用编译器和定理证明器来保证满足方法和属性（以及类不变量）的前置条件和后置条件。

这在SPARKDa和Java（通过 JML 扩展）等主流语言中是众所周知的- 并且它也适用于 C#，这要归功于 Microsoft Research 在代码契约功能方面的工作。（我正在大量使用它。我强烈建议观看 MSR 页面上链接的视频，它们是开始使用这些工具的最佳方式。）

MSR 的cccheck静态检查器可以在 Visual Studio 后台运行，并会在代码编辑器中为您提供错误和信息消息以及（我认为是紫色的）波浪线。

如果您想沿着这条路走下去，请查看代码契约 MSDN 论坛以获取支持 - 这似乎是大多数用户常去的地方。