支持/集成语言测量单位的策略是什么？

Question

我想从纯粹的语言设计角度来看，SI 单位的“实现”需要哪些“功能”（语义上和句法上）。

如果有人声称一种语言对测量单位有很大的支持，那么通常会期望哪种“功能”？

• 只是像特殊文字或语法糖之类的东西？
• 使单元类型安全的特殊约定（但无需昂贵的运行时包装）？
• 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？

例如，F# 集成了对该语言中测量单位的支持。它与 Java 的一个库相比有何改进？

应将哪些功能内置到语言中以提高单元的可用性？哪些功能不一定与测量单位相关，但可以使实现更好？

Answer 1

F# 相对于 Java UOM 库的优势很简单——类型安全。如果您尝试添加 3. 和 4.，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类功能的 .NET 语言。

回复评论，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

返回的值是 Fraction 类型，其 AsFloat 值为 0.5333333333。

Answer 2

从语言设计的角度来看，能够：

1. 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
2. 标签执行任意编译时计算
3. 对给定操作数标签和运算符的 （函数），计算应用于标记操作数的函数结果的标签

这一切都可以完成 并完成更多的10 年前 使用 C++ 模板元编程。

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

Answer 3

迷人。我在 google 上搜索了这个叮当声，“我确信我可以在 Smalltalk 中轻松地做到这一点”，并偶然发现了 Frink http://futureboy .us/frinkdocs/，它针对 JVM 和 Android。

跟踪测量单位（英尺、米、吨、美元、瓦等）
完成所有计算并允许您进行加、减、乘、
毫不费力地划分它们，并确保答案出来
即使您混合使用加仑和升等单位，也是正确的。

当然，关键是转化

使用巨大的内置数据文件在数千种单位类型之间进行单位转换。

和不确定性

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
所有计算中都存在不确定性。

我确信您可以使用 Java 中的类来完成此操作，当然也可以使用 Ada 来完成此操作，但这会需要大量（抱歉）输入。

Answer 4

20 世纪 80 年代，ACM SIGPLAN 公告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单元分析：例如，速度是英里/小时，时间是小时，因此将它们相乘得出以英里为单位的距离，并且类型系统强制执行该距离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得到一个BigDecimal，即汇率；一个CurrencyValue乘以或除以一个BigDecimal得到另一个CurrencyValue，等等。

这基本上就是你过去做旧的多项选择PSSC物理考试的方式：忘记物理，只记住宇宙的一些常数，然后推理问题给定指定数量的单位和所需答案的单位，那么您可以自己构造所需的公式。

Answer 5

Java 库 (unitsofmeasurement.org) 的后续版本现在可以在 unitsofmeasurement.github.io 下找到。它是 Java 测量单位标准 JSR 363 的所在地。一探究竟。