支持/集成语言测量单位的策略是什么？答案

【问题标题】：What are the strategies to support/integrate units of measurements in languages?支持/集成语言测量单位的策略是什么？
【发布时间】：2011-11-20 22:56:24
【问题描述】：

我想从纯语言设计的角度来看，SI 单位的“实现”需要哪些“特性”（语义和句法）。

如果有人声称一种语言对度量单位有很好的支持，那么通常期望哪种“功能”？

只是像特殊文字或语法糖之类的东西？
使单元类型安全（但没有代价高昂的运行时包装）的特殊约定？
用于分数计算的特殊数学模式？
单位之间的自动转换和强制转换？

例如，F# 集成了对语言中测量单位的支持。它如何改进e。 G。 a library 用于 Java？

应在语言中内置哪些功能以提高单位的可用性？哪些功能不一定与度量单位相关，但会使实现更好？

【问题讨论】：

标签： java f# language-design units-of-measurement

【解决方案1】：

F# 相对于 Java UOM 库的优势在于简单——类型安全。如果您尝试添加3.<s> 和4.<m / s>，您将收到编译时错误。

在 F# 中，UOM 在类型检查后被删除，因为它是唯一具有此功能的 .NET 语言。

在回复评论时，这里是一个简单的分数类型及其用法：

type Fraction<[<Measure>] 'a>(a : int, b : int) =
    member __.Divisor = a
    member __.Dividend = b
    member __.AsFloat = float a / float b
    static member (*) (a : Fraction<'a>, b : Fraction<'b>) : Fraction<'a * 'b> =
        Fraction(a.Divisor * b.Divisor, a.Dividend * b.Dividend)

type [<Measure>] m
type [<Measure>] kg
type [<Measure>] s

let a = Fraction<m / s>(4, 3)
let b = Fraction<kg>(2, 5)
let ``a times b`` = a * b

返回的值为Fraction<kg m/s>类型，其AsFloat值为0.5333333333。

【讨论】：

所以在 F# 中它基本上是一些通用的包装器，在编译时会被删除到包含的元素中？例如。速度?
是Int32<m / s>，其中m / s是一种特殊类型，无法实际编译。
是否支持任意类型？例如。如果我编写自己的 Fraction 类，它会起作用吗？

【解决方案2】：

从语言设计的角度来看，能够：

使用任意标签（不仅仅是字符串或其他原始标签，而是任意结构化标签）标记数据类型
对标签执行任意编译时计算
给定操作数标签和运算符（函数），计算应用于标记操作数的函数结果的标签

这一切都可以通过 C++ 模板元编程and was done more than 10 years ago 完成。

还有一个 Haskell 实现，它使用 Haskell 的（有限的）能力对类型类实例执行编译时计算。虽然它并不完整（AFAIK 没有分数幂，也没有非 SI 单位）。

【讨论】：

关于 C++，另见Boost.Units。

【解决方案3】：

令人着迷。我在 Google 上搜索了这个提示，“我确信我可以在 Smalltalk 中轻松做到这一点”，并偶然发现了针对 JVM 和 Android 的 Frink http://futureboy.us/frinkdocs/。

跟踪测量单位（英尺、米、吨、美元、瓦特等）通过所有计算，并允许您加、减、乘、并毫不费力地将它们分开，并确保答案出来正确，即使您混合使用加仑和升等单位。

当然，关键是转化

具有庞大的内置数据文件的数千种单位类型之间的单位转换。

不确定性

支持区间算术（也称为区间计算）计算，允许您自动计算误差范围和您所有计算中的不确定性。

我相信您可以使用 Java 中的类，当然也可以使用 Ada 来做到这一点，但那会是很多（对不起）输入。

【讨论】：

【解决方案4】：

在 1980 年代的 ACM SIGPLAN Notices 中有一篇关于此的好论文。这个想法是类型安全加上你在高中物理中学到的那种单位分析：例如，速度是英里/小时，时间是小时，所以将它们相乘得到以英里为单位的距离，类型系统强制执行你这样你就不会犯类别错误。语言或元语言将有办法指定所有这些。另一个例子，我最近在 Java 中做了一些货币工作，其中 CurrencyValue 除以 CurrencyValue 得到 BigDecimal，即汇率；一个 CurrencyValue 乘以或除以 BigDecimal 得到另一个 CurrencyValue，等等。

这基本上是你过去做 PSSC 物理选择题的方式：忘记物理，只记住一些宇宙常数，然后根据指定数量的单位和单位来推理问题所需的答案，然后您可以自己构造所需的公式。

【讨论】：

【解决方案5】：

现在可以在unitsofmeasurement.github.io 下找到 Java 库 (unitsofmeasurement.org) 的继任者。它是度量单位的 Java 标准JSR 363 的所在地。看看吧。

【讨论】：