什么是类型状态？

Question

TypeState对于语言设计来说指的是什么？我在一些关于 mozilla 的新语言 Rust 的讨论中看到了它。

Answer 1

注意： Typestate 已从 Rust 中删除，仅留下有限版本（跟踪未初始化的和从变量移动的）。请参阅最后我的注释。

TypeState 背后的动机是类型是不可变的，但是它们的某些属性是动态的（基于每个变量）。

因此，我们的想法是创建关于类型的简单谓词，并使用编译器出于许多其他原因执行的控制流分析，以使用这些谓词静态修饰类型。

这些谓词实际上并没有由编译器本身检查，这可能太繁重，相反编译器会简单地根据图形进行推理。

作为一个简单的示例，您创建一个谓词 even，如果数字为偶数，则返回 true。

现在，您创建两个函数：

• halve，它仅作用于 even 数字
• double，它接受任何数字，并返回 even 号码。

请注意，number 类型未更改，您不会创建 evennumber 类型并复制之前作用于 number 的所有函数。您只需将 number 与名为 even 的谓词组合起来即可。

现在，让我们构建一些图表：

a: number -> halve(a)  #! error: `a` is not `even`

a: number, even -> halve(a)  # ok

a: number -> b = double(a) -> b: number, even

很​​简单，不是吗？

当然，当您有多个可能的路径时，它会变得有点复杂：

a: number -> a = double(a) -> a: number, even -> halve(a) #! error: `a` is not `even`
          \___________________________________/

这表明您根据谓词集进行推理：

• 当连接两条路径时，新的谓词集是这两条路径给出的谓词集的交集

这可以通过函数的通用规则来增强：

• 要调用函数，调用函数后必须满足其所需的谓词集
• ，只有它建立的谓词集才被满足（注意：按值获取的参数不被满足）因此

，Rust 中的 TypeState 构建块：

• check：检查谓词是否成立，如果它没有失败< /code>，否则将谓词添加到谓词集中

请注意，由于 Rust 要求谓词是纯函数，因此如果可以证明谓词有效，则可以消除冗余的 check 调用此时已经成立。

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Typestate 缺乏的很简单：可组合性。

如果你仔细阅读说明，你会注意到这一点：

• 调用函数后，仅满足其建立的谓词集（注意：按值获取的参数不受影响）

这意味着类型的谓词本身是无用的，实用程序来自注释函数。因此，在现有代码库中引入新谓词是一件无聊的事情，因为需要审查和调整现有函数以迎合解释它们是否需要/保留不变量。

当新的谓词出现时，这可能会导致函数以指数速度重复：不幸的是，谓词是不可组合的。他们本来要解决的设计问题（类型的激增，因此功能的激增）似乎没有得到解决。

Answer 2

它基本上是类型的扩展，您不仅检查一般情况下是否允许某些操作，而且还检查特定上下文中是否允许某些操作。所有这些都在编译时完成。

原始论文实际上非常可读。

Answer 3

有一个为 Java 编写的类型状态检查器，Adam Warski 的说明页提供了一些有用的信息。我只是自己弄清楚这些材料，但如果您熟悉 QuickCheck for Haskell，QuickCheck 在单子状态中的应用似乎很相似：对状态进行分类并解释当它们通过接口发生突变时它们如何变化。

Answer 4

Typestate解释为：

• 利用类型系统对状态变化进行编码
• 通过为每个状态创建类型来实现
  • 使用移动语义使状态无效
  • 从上一个状态返回下一个状态
  • 可以选择删除状态（关闭文件、连接...）
• 逻辑的编译时执行

struct Data;
struct Signed;

impl Data {
  fn sign(self) -> Signed {
    Signed
  }
}

let data = Data;
let singed = data.sign();

data.sign() // Compile error