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测试与 类型-Rust版本

几天前， 0xd34df00d发布了该文章的译文，描述了如果我们将某些功能用作“黑匣子”而不是尝试阅读其实现的功能的可能信息。 当然，这些信息因语言而异。 在原始文章中，考虑了四种情况：


  • Python-动态类型，几乎没有来自签名的信息，测试可以得到一些提示；
  • C-弱静态类型，更多信息；
  • Haskell-强静态类型，默认情况下具有纯函数，提供更多信息；
  • Idris-依赖类型，编译器可以证明函数的正确性。

“这里是C，还有Haskell，Rust呢？” -这是以下讨论中的第一个问题。 答复在这里。


让我们首先回顾一下任务：


给定一个值列表和一个值，请返回该值在列表中的索引或表示该值不存在于列表中。

如果不想让所有人都读完这本书， Rust操场上提供了代码示例。
否则，让我们开始吧！



第一种方法是几乎天真的签名，仅在某些惯用元素上与C代码不同：


fn foo(x: &[i32], y: i32) -> Option<usize> { // Implementation elided }

我们对该功能了解多少？ 好吧，事实上-不是很多。 当然，将Option<usize>作为返回值比C提供的功能有了很大的改进，但是没有有关函数语义的信息。 特别是，我们不能保证没有副作用，也无法以某种方式检查所需的行为。


测试可以改善这一点吗？ 看这里：


 #[test] fn test() { assert_eq!(foo(&[1, 2, 3], 2), Some(1)); assert_eq!(foo(&[1, 2, 3], 4), None); }

似乎仅此而已-所有这些检查在Python中可能都是一样的（而且，预期测试对整篇文章没有多大帮助）。


使用通用名称，卢克！


但是仅使用32位带符号的数字有什么好处？ 解决方法：


 fn foo<El>(x: &[El], y: El) -> Option<usize> where El: PartialEq, { // Implementation elided }

好吧，那是什么！ 现在我们可以进行任何切片，包括任何可比较类型的元素。 显式多态几乎总是比隐式（hello，Python）好，根本没有多态（hello，C）。


虽然，此函数可能会意外通过此测试：


 fn refl<El: PartialEq + Copy>(el: El) -> Option<usize> { foo(&[el], el) // should always return Some(0), right? } #[test] fn dont_find_nan() { assert_eq!(refl(std::f64::NAN), None); }

这暗示了一个缺失点，因为规范实际上希望refl函数始终返回Some(0) 。 当然，这全都归因于部分等效类型的一般行为，尤其是浮点数。
也许我们想摆脱这个问题？ 因此，我们将简单地限制El类型的界限：


 fn foo<El>(x: &[El], y: El) -> Option<usize> where El: Eq, { // Implementation elided }

现在，我们不仅要求类型具有可比性，还要求这种比较是等价的 。 当然，这限制了此功能可以使用的类型，但是现在签名和测试都表明行为应符合规范。


旁注：我们想更通用！

这个案例与最初的任务无关，但这似乎是一个众所周知的原则的很好的例子：“对接受的东西持自由态度，对所做的事情持保守态度”。 换句话说：如果您可以在不损害人体工程学和性能的情况下概括输入类型，则可能应该这样做。


现在，我们将检查以下内容：


 fn foo<'a, El: 'a>(x: impl IntoIterator<Item = &'a El>, y: El) -> Option<usize> where El: Eq, { // Implementation elided }

现在我们对该功能了解多少？ 总的来说，它们都是一样的，但是现在它不仅接受切片或列表，还接受一些任意对象，这些对象可以产生对类型El的引用，以便我们将其与所讨论的对象进行比较。 例如，如果我没记错的话，在Java中，这种类型将是Iterable<Comparable> 。


像以前一样，但是更加严格


但是现在，也许我们需要更多保证。 或者我们想在堆栈上工作（因此不能使用Vec ），但是需要针对每种可能的数组大小归纳我们的代码。 或者我们要编译针对每种具体数组大小优化的函数。


无论如何，我们需要一个通用数组-Rust中有一个板条箱， 正是提供了这一点 。


现在，这是我们的代码：


 use generic_array::{GenericArray, ArrayLength}; fn foo<El, Size>(x: GenericArray<El, Size>, y: El) -> Option<usize> where El: Eq, Size: ArrayLength<El>, { // Implementation elided }

我们从中知道什么？ 我们知道函数将采用某个特定大小的数组，并在其类型中反映出来（并且将针对每个此类大小独立编译）。 目前，这几乎没有什么-以前的实现在运行时提供了相同的保证。


但是我们可以走得更远。


类型级算术


最初的文章提到了Idris提供的一些保证，而其他语言则无法获得这些保证。 其中之一-可能是最简单的，因为它不涉及任何证明或测试，只是类型略有变化，-声明返回值（如果不是Nothing ）将始终小于列表长度。


看起来依赖类型（或类似的类型）对于这种保证是必需的，我们不能从Rust获得相同的信息，对吗？


符合typenum 。 使用它，我们可以通过以下方式编写函数：


 use generic_array::{ArrayLength, GenericArray}; use typenum::{IsLess, Unsigned, B1}; trait UnsignedLessThan<T> { fn as_usize(&self) -> usize; } impl<Less, More> UnsignedLessThan<More> for Less where Less: IsLess<More, Output = B1>, Less: Unsigned, { fn as_usize(&self) -> usize { <Self as Unsigned>::USIZE } } fn foo<El, Size>(x: GenericArray<El, Size>, y: El) -> Option<Box<dyn UnsignedLessThan<Size>>> where El: Eq, Size: ArrayLength<El>, { // Implementation elided }

“这是什么黑魔法？！” -你可以问。 而且您是对的：typenum 是一个黑魔法，任何使用它的尝试都更加神奇。

但是此功能签名是相当具体的。


  • 它需要一组长度为Size的El's和另一个El。
  • 它返回一个Option，如果为Some，
    • 拥有一个基于UnsignedLessThan<Size>特征的特征对象 ；
    • 并且在实现Unsigned和IsLess<T>任何地方都实现了Unsigned IsLess<T> ，而IsLess<T>返回B1，即true。

换句话说， 保证此函数返回小于数组大小的无符号整数（严格来说，它返回trait对象，但是我们可以调用as_usize方法来获取整数）。


我现在可以说两个主要警告：


  1. 我们会损失性能。 如果此函数以某种方式位于程序的“热门”路径上，则恒定的动态调度可能会减慢整个过程。 实际上，这可能不是一个大问题，但是还有另一个问题：
  2. 为了编译该函数，我们必须在其内部编写其正确性证明，或者使用一些unsafe欺骗类型系统。 前者相当复杂，而后者只是作弊。

结论


当然，在实践中，我们通常将使用第二种方法（具有通用切片）或扰流器中的方法（具有迭代器）。 随后的所有讨论可能都没有任何实际意义，在这里仅是对类型的练习。


无论如何，就我而言，Rust类型系统可以从更强大的Idris类型系统中模拟功能这一事实本身就给人留下了深刻的印象。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN468271/

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