java - 我们可以利用类型系统使程序更安全吗？

Question

这道题的灵感来自于乔尔的《让错误的代码看起来不对》

http://www.joelonsoftware.com/articles/Wrong.html

有时您可以使用类型在对象的接口(interface)之外强制执行语义。例如，Java 接口(interface) Serializable 实际上并没有定义方法，但是对象实现 Serializable 的事实说明了应该如何使用它。

我们是否可以在 Java 中使用 UnsafeString 和 SafeString 接口(interface)/子类，它们的使用方式与 Joel 的匈牙利符号和 Java 的 Serializable 大致相同，这样它不仅看起来很糟糕——还不能编译？

这在 Java/C/C++ 中可行还是类型系统太弱或太动态？

此外，除了输入清理之外，还有哪些其他安全功能可以通过这种方式实现？

Answer 1

类型系统已经实现了大量此类安全功能。这就是它的本质。

举一个非常简单的例子，它会阻止你把一个 float 当作一个整数来对待。这是安全的一个方面——它保证您正在处理的类型将按预期运行。它保证只对字符串调用字符串方法。例如，程序集没有这种保护措施。

确保您不会调用类的私有(private)函数也是类型系统的工作。这是另一个安全功能。

Java 的类型系统过于贫乏，无法有效地实现许多有趣的约束，但在许多其他语言(包括 C++)中，类型系统可用于实现范围更广的规则。

在 C++ 中，模板元编程为您提供了很多禁止“坏”代码的工具。例如:

class myclass : boost::noncopyable {
 ...
};

在编译时强制类不能被复制。以下将产生编译错误:

myclass m;
myclass m2(m); // copy construction isn't allowed
myclass m3;
m3 = m; // assignment also not allowed

同样，我们可以在编译时确保模板函数仅在满足特定条件的类型上被调用(例如，它们必须是随机访问迭代器，而双线性迭代器是不允许的，或者它们必须是 POD 类型, 或者它们不能是任何类型的整数类型(char、short、int、long)，但所有其他类型都应该是合法的。

C++ 模板元编程的教科书示例实现了一个用于计算物理单位的库。它允许您将“米”类型的值与另一个相同类型的值相乘，并自动确定结果必须是“平方米”类型。或者将“英里”类型的值除以“小时”类型的值，得到“英里每小时”类型的单位。

再次强调，这是一项安全功能，可防止您混淆类型和不小心混淆单位。如果您计算一个值并尝试将其分配给错误的类型，则会出现编译错误。尝试将升除以 meters^2 并将结果赋给一个值，例如千克，将导致编译错误。

其中大部分需要一些手动设置，当然，但是该语言为您提供了基本构建所需类型检查所需的工具。其中一些可以直接用语言更好地支持，但在任何情况下都必须手动实现更具创造性的检查。