代数数据类型的类型级集

Question

这是这个问题的部分重复：Getting subclasses of a sealed trait，但答案建议运行时反射，这对我来说不合适，我想知道它是否可以在编译时使用，可能使用 Shapeless。

所以，有了这个 ADT：

sealed trait ColumnAttribute
case class Default(value: String) extends ColumnAttribute
case class Identity(seed: Int, step: Int) extends ColumnAttribute
case class Encode(encoding: CompressionEncoding) extends ColumnAttribute
case object DistKey extends ColumnAttribute

我怎样才能得到像Option[Default] :: Option[Identity] :: Option[Encode] :: Option[DistKey] :: HNil 这样的东西？

更具体的问题（可能我正在寻找错误的解决方案）。 拥有以上 AST 和以下类，我怎么能确定在编译时 Column 不会被多个 Encode 或 DistKey 或其他 ColumnAttribute 构造。

case class Column(columnName: String, dataType: DataType, columnAttributes: Set[ColumnAttribute], columnConstraints: Set[ColumnConstraint])

UPD：columnAttributes 应该只包含一个特定子类型的值，但可以包含多个不同子类型的值。

所以，这个伪代码应该是正确的：

columnConstraint = Default("foo") :: DistKey :: Identity(1,2) :: HNil

但这应该会失败：

columnConstraint = Default("foo") :: Default("bar") :: HNil

Answer 1

如果我们将Column 中的columnAttributes 表示为HList，我们首先需要将HList 元素约束为ColumnAttribute 的子类型并且是不同的。

我们可以使用hlist constraintsLUBConstraint和IsDistinctConstraint来实现这一点。

import shapeless.{Default => _, _}
import LUBConstraint._
import IsDistinctConstraint._

def acceptOnlyDistinctAttributes
  [L <: HList : <<:[ColumnAttribute]#λ : IsDistinctConstraint](l: L): L = l

现在我们需要约束HList，所以它不能同时包含Encode和DistKey，不幸的是我们需要自己编写这个类型类。

我们可以使用=:=检查第一个元素，使用NotContainsConstraint检查尾部是否不包含其他类型。

trait OnlyOneOfConstraint[L <: HList, A, B] extends Serializable

object OnlyOneOfConstraint {

  def apply[L <: HList, A, B]
    (implicit ooo: OnlyOneOfConstraint[L, A, B]): OnlyOneOfConstraint[L, A, B] = ooo

  type OnlyOneOf[A, B] = {
    type λ[L <: HList] = OnlyOneOfConstraint[L, A, B]
  }

  implicit def hnilOnlyOneOf[A, B] = new OnlyOneOfConstraint[HNil, A, B] {}

  // head is A, so tail cannot contain B
  implicit def hlistOnlyOneOfA[H, T <: HList, A, B](implicit
    ncB: T NotContainsConstraint B, 
    eq: A =:= H,
    oooT: OnlyOneOfConstraint[T, A, B]
  ) = new OnlyOneOfConstraint[H :: T, A, B] {}

  // head is B, so tail cannot contain A
  implicit def hlistOnlyOneOfB[H, T <: HList, A, B](implicit
    ncA: T NotContainsConstraint A, 
    eq: B =:= H,
    oooT: OnlyOneOfConstraint[T, A, B]
  ) = new OnlyOneOfConstraint[H :: T, A, B] {}

  // head is not A or B
  implicit def hlistOnlyOneOf[H, T <: HList, A, B](implicit
    neqA: A =:!= H,
    neqB: B =:!= H,
    oooT: OnlyOneOfConstraint[T, A, B]
  ) = new OnlyOneOfConstraint[H :: T, A, B] {}
}

现在我们可以使用这些约束编写（简化的）Column：

type CompressionEncoding = String

sealed trait ColumnAttribute
case class Default(value: String) extends ColumnAttribute
case class Identity(seed: Int, step: Int) extends ColumnAttribute
case class Encode(encoding: CompressionEncoding) extends ColumnAttribute
case object DistKey extends ColumnAttribute

import OnlyOneOfConstraint._

case class Column[
  Attrs <: HList 
    : <<:[ColumnAttribute]#λ 
    : IsDistinctConstraint 
    : OnlyOneOf[Encode, DistKey.type]#λ
](columnAttributes: Attrs)

我们现在有一个编译时保证属性是不同的ColumnAttributes，并且不会同时包含Encode 和DistKey：

Column(DistKey :: Default("s") :: HNil)
// Column[shapeless.::[DistKey.type,shapeless.::[Default,shapeless.HNil]]] = Column(DistKey :: Default(s) :: HNil)

Column(Default("s") :: Encode("a") :: HNil)
// Column[shapeless.::[Default,shapeless.::[Encode,shapeless.HNil]]] = Column(Default(s) :: Encode(a) :: HNil)

Column(DistKey :: Default("s") :: Encode("a") :: HNil)
// <console>:93: error: could not find implicit value for evidence parameter of type OnlyOneOfConstraint[shapeless.::[DistKey.type,shapeless.::[Default,shapeless.::[Encode,shapeless.HNil]]],Encode,DistKey.type]
//        Column(DistKey :: Default("s") :: Encode("a") :: HNil)