java - 我们能否利用类型系统来使程序更加安全？

Question

这个问题的灵感来自 Joel 的“让错误的代码看起来错误”

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) Serialized 实际上并没有定义方法，但对象实现 Serialized 的事实说明了应该如何使用它。

我们能否在 Java 中拥有 UnsafeString 和 SafeString 接口(interface)/子类，它们的使用方式与 Joel 的匈牙利表示法和 Java 的 Serialized 大致相同，这样它不仅看起来很糟糕，而且无法编译？

这在 Java/C/C++ 中可行吗？还是类型系统太弱或太动态？

此外，除了输入清理之外，还可以通过这种方式实现哪些其他安全功能？

Answer 1

类型系统已经强制执行大量此类安全功能。这本质上就是它的用途。

举一个非常简单的例子，它会阻止你将 float 视为 int。这是安全的一方面——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，Assembly 就没有这种保护措施。

确保您不会调用类上的私有(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，无法有效地强制执行许多有趣的约束，但在许多其他语言(包括 C++)中，类型系统可用于强制执行更广泛的规则。

在 C++ 中，模板元编程为您提供了许多禁止“不良”代码的工具。例如:

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

在编译时强制该类不能被复制。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，我们可以确保在编译时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，而不允许双线性迭代器，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用于计算物理单元的库。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/小时”类型的单位。

同样，这是一项安全功能，可以防止您混淆类型并意外地混淆单位。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。尝试将升除以米 ^2 并将结果分配给一个值(例如千克)将导致编译错误。

当然，其中大部分需要一些手动工作来设置，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。其中一些可以直接在语言中得到更好的支持，但无论如何，更具创造性的检查都必须手动实现。