Đề xuất chính thức về Type Unions trong C#

Tóm tắt

Đây là tài liệu đề xuất type union (hoặc discriminated union) cho C#.

Động lực

• Khi phát triển phần mềm, giá trị được lưu trong một biến không phải lúc nào cũng cùng một loại.
• Ví dụ, khi định nghĩa khách hàng và nhà cung cấp chỉ chia sẻ một phần thuộc tính, có thể cần thực hiện các thao tác tương tự với cả hai kiểu.
• Có thể giải quyết bằng kế thừa, nhưng không phù hợp với mọi tình huống.
• C# cần một cách để lưu một số lượng hữu hạn các kiểu khác nhau trong cùng một biến.
• Các ngôn ngữ khác đã cung cấp tính năng này.

Giải pháp

• Cách phù hợp nhất để hiện thực union type trong C# có thể được xem là một hệ phân cấp dùng abstract base class.
• Tuy nhiên, cách này có các vấn đề như ràng buộc của hệ phân cấp, hoặc không thể biểu diễn union của các kiểu không liên quan.
• Có thể cần nhiều loại union khác nhau, và đề xuất này phân chúng thành bốn danh mục.

Tiêu chuẩn - Union class

Khai báo

• Union class được khai báo tương tự như enum.
• Mỗi member có thể có biến trạng thái.

Tạo

• Được tạo bằng cách gán một instance của kiểu member.

Phân rã

• Được phân rã thông qua kiểm tra kiểu và pattern matching.

Tính bao quát

• Nếu mọi kiểu member đều được xét trong biểu thức hoặc câu lệnh switch, thì không cần case mặc định.

Khả năng null

• Có thể bao gồm null bằng cách dùng ký hiệu khả năng null tiêu chuẩn.

Triển khai

• Union class được triển khai dưới dạng abstract record class.

Chuyên biệt hóa - Union struct

Khai báo

• Được khai báo tương tự union class, nhưng thêm từ khóa struct.

Tạo

• Được tạo bằng cách gán một instance của kiểu member.

Phân rã

• Được phân rã thông qua kiểm tra kiểu và pattern matching.

Tính bao quát

• Nếu mọi kiểu member đều được xét trong biểu thức hoặc câu lệnh switch, thì không cần case mặc định.

Khả năng null

• Có thể bao gồm null bằng cách dùng ký hiệu khả năng null tiêu chuẩn.

Giá trị mặc định

• Union struct có thể ở trạng thái chưa xác định khi chưa được gán hoặc khi được gán giá trị mặc định.

Triển khai

• Union struct được triển khai dưới dạng struct, còn các kiểu member được triển khai dưới dạng nested record struct.

Tạm thời - Union tạm thời

Cú pháp

• Union tạm thời được tham chiếu bằng cú pháp pattern or.

Đặt tên

• Có thể dùng file hoặc global using alias để gán một tên chung cho union tạm thời.

Tạo

• Được tạo bằng cách gán một instance của kiểu member.

Phân rã

• Được phân rã thông qua kiểm tra kiểu và pattern matching.

Tính bao quát

• Nếu mọi kiểu member đều được xét trong biểu thức hoặc câu lệnh switch, thì không cần case mặc định.

Khả năng null

• Có thể bao gồm null bằng cách dùng ký hiệu khả năng null tiêu chuẩn.

Tính thay thế cho nhau

• Các union tạm thời có cùng các kiểu member thì có thể thay thế cho nhau.

Union do người dùng định nghĩa

• Có thể khai báo các union type không thể biểu diễn bằng union class hoặc union struct.
• Có thể đóng hệ phân cấp bằng thuộc tính Closed.
• Có thể triển khai bằng struct wrapper với thuộc tính Union.

Union phổ biến

Option

• Đây là một struct union biểu diễn một giá trị có thể tồn tại hoặc không tồn tại.

Result

• Đây là một struct union dùng để trả về kết quả thành công hoặc lỗi từ hàm.

Các đề xuất liên quan

Hệ phân cấp đóng

• Dùng thuộc tính Closed để khai báo một tập hợp kiểu con đóng cho abstract base type.

Giá trị singleton

• Kiểu có thuộc tính singleton có thể được dùng như giá trị trong ngữ cảnh không phải kiểu.

Rút gọn member lồng nhau

• Có thể dùng tên chưa được bind để bind tới static member hoặc nested type của target type.

Tóm tắt của GN⁺

• Tài liệu này đề xuất type union cho C#, cung cấp cách lưu nhiều kiểu trong biến ở nhiều tình huống khác nhau.
• Đây là nỗ lực đưa vào C# một tính năng mà các ngôn ngữ khác đã hỗ trợ.
• Nó có thể giúp lập trình viên cải thiện độ dễ đọc và khả năng bảo trì của mã.
• F# là một ví dụ về ngôn ngữ khác có tính năng tương tự.

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Đã từng dùng discriminated union trong F# và nghĩ rằng C# cũng phải có

  • Hiện đang dùng Java và cảm thấy rất khó quay lại một ngôn ngữ không có ADT
  • Vui vì không còn phải xin lỗi cho việc C# thiếu một tính năng quan trọng

• Thuật ngữ "type union" nghe khá lạ

  • Có vẻ tương tự tagged union trong các ngôn ngữ họ ML
  • Tò mò không biết các lập trình viên C# có xu hướng đặt tên khác với thuật ngữ vốn có hay không

• Với tư cách là một lập trình viên C# lâu năm, cảm thấy trường hợp sử dụng của đề xuất này chưa rõ ràng

  • Có vẻ có thể triển khai bằng cách khai báo interface rỗng và các record class
  • Tò mò không biết mình có đang bỏ sót điều gì không

• TypeScript có type union

  • Có vẻ tương tự discriminated union trong F# hoặc Haskell
  • Discriminated union có các case constructor được đặt tên

• Nếu không có union hỗ trợ pattern matching thì việc lập trình trở nên khó khăn

  • Chưa từng hiểu hoàn toàn ý nghĩa của expression problem
  • Các điểm mở rộng thông qua polymorphism hiện có có thể phù hợp với client trong tương lai
  • Với mã do đội ngũ sở hữu, union hỗ trợ pattern matching phù hợp hơn

• Đã từng có kinh nghiệm với union trong C# dùng field offset

  • Việc alias giữa giá trị con trỏ/tham chiếu và giá trị thường có thể gây ra hành vi không xác định
  • Union struct giữa u64 và object có thể cần các field riêng biệt, làm lãng phí 8 byte

• Dùng constructor riêng tư và gói nuget để kiểu switch không cần case _

  • Tương tự phiên bản desugar của "union class" được đề xuất
  • Thật tốt khi gói nuget trở nên không cần thiết và có thêm cú pháp đường

• Không thấy đề cập union struct sẽ xử lý tearing thế nào khi bị sửa đổi đồng thời

  • Tearing có thể gây ra vấn đề an toàn bộ nhớ
  • Có thể tồn tại các biến thể có field số nguyên và field tham chiếu cùng nằm ở một offset