扩展 .NET 类型系统，以便编译器在某些情况下强制执行原始值的语义含义

Question

我现在正在开发一个系统，该系统处理语义上不同的值之间的大量转换，这些值具有相同的原始 .NET 类型（double/string/int）。这意味着您可能会因为不转换或转换太多次而对您使用的“语义类型”感到困惑。理想情况下，如果我尝试使用在语义上没有意义的值，我希望编译器发出警告/错误。

一些例子来说明我指的是什么：

• 角度可以以度或弧度为单位，但两者都由double 表示。
• 向量位置可能在局部/全局坐标中，但两者都由Vector3D 结构表示。
• 想象一个接受各种查询参数作为字符串的 SQL 库。最好有一种方法来强制在运行时只允许传入干净的字符串，而获得干净字符串的唯一方法是通过一些 SQL 注入攻击防止逻辑。

我相信 F# 对此有一个编译时解决方案（称为度量单位。）我想在 C# 中做类似的事情，尽管我不需要 F# 中的度量单位提供的维度分析。

我相信 C++ 可以使用 typedef 实现这一点（尽管我不是 C++ 专家）。

显而易见的解决方案是将 double/string/whatever 包装在一个新类型中，以提供编译器所需的类型信息。我很好奇是否有人有替代解决方案。如果您确实认为换行是唯一/最好的方法，那么请谈谈该模式的一些缺点（以及我也没有提到的任何优点。）我特别关心抽象原始数字类型在我的运行时计算，所以无论我想出什么解决方案，无论是在内存分配还是调用调度方面，都必须是轻量级的。

Answer 1

我猜你可以创建两个不同的结构来强制类型检查。在下面的代码中，我添加了从弧度到 double 的隐式转换和从 degress 到弧度的显式转换。您可以使用您喜欢的任何一组隐式和显式运算符，但我认为我在这里定义的那些会很好用，因为 Radians 结构可以直接传递到 Math 函数中。

public struct Degrees
{
  private double m_Value;

  public static explicit operator Radians(Degrees rhs)
  {
    return rhs.m_Value * (Math.Pi / 180);
  }
}

public struct Radians
{
  private double m_Value;

  public static implicit operator double(Radians rhs)
  {
    return rhs.m_Value;    
  }
}

Answer 2

我从未在 C# 中找到此类问题的令人满意的解决方案。看起来类型系统不是为这个用例设计的。如果我现在有同样的需求，我会研究 F# 度量单位方法。

Answer 3

我真的很感兴趣当你混合弧度和度数时编译器如何给出警告。他们都是双标吗？你在 OOP 的世界里，所以你应该走这条路。 两个建议：

1. 内部只使用一个单位，我认为弧度更好。然后仅在输入/输出上进行转换。\
2. 创建结构Degree、Radian 并定义转换规则。或者创建“角度”类并在其中保存有关单位和转换的所有信息。