关于非空类型争议

Question

我一直听��们谈论非空引用类型如何解决许多错误并使编程变得更加容易。甚至null的创建者称其为他的十亿美元失误，而Spec#已经引入了非空类型来解决这个问题。

编辑：忽略我关于Spec#的评论。我误解了它的工作方式。

编辑2：我可能在和错的人说话，我真的希望有人能与我争论 :-)

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所以我猜，作为少数派，我可能是错的，但我不明白为什么这场辩论有任何价值。我认为null是一个找bug的工具。考虑以下情况：

class Class { ... }

void main() {
    Class c = nullptr;
    // ... ... ... code ...
    for(int i = 0; i < c.count; ++i) { ... }
}

BAM！访问冲突。有人忘记初始化 c。

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现在考虑一下这个：

class Class { ... }

void main() {
    Class c = new Class(); // set to new Class() by default
    // ... ... ... code ...
    for(int i = 0; i < c.count; ++i) { ... }
}

糟糕，循环被默默地跳过了。追踪问题可能需要一些时间。

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如果你的类是空的，那么代码无论如何都会失败。为什么不让系统告诉你（虽然可能有点粗鲁），而不是让你自己去弄清楚呢？

- zildjohn01

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很高兴看到其他人喜欢null，我还在上学，所以我认为可能有些东西我还没掌握。 - he_the_great

处理“无值”的更有原则的方法还有很多。NULL不包括基本类型，如int。最好的方式是让类型系统在所有类型中一致地表示缺少值，而不仅仅是对引用隐式地表示。可以看看Haskell的“Maybe”和ML/OCaml/F#的“option”类型，了解如何应该处理它。 - MichaelGG

可能是没有null的语言的最佳解释的重复。 - nawfal

我们现在已经到了2022年，C#添加了这个功能。 - Ian Boyd

Answer 1

在这个线程中标记为“答案”的响应实际上凸显了空指针问题的奇怪之处，即:

我也发现我的大多数NULL指针错误都与函数有关，忘记检查string.h的函数返回值，在其中使用NULL作为指示符。

如果编译器可以在编译时捕获这些错误而不是运行时，那不是很好吗?

如果您使用过类似ML的语言（SML、OCaml、SML以及在某种程度上的F#）或Haskell，引用类型是不可为空的。相反，您通过包装它来表示“null”值一个选项类型。通过这种方式，如果函数可以返回空值作为合法值，则实际上更改了函数的返回类型。因此，假设我想从数据库中提取用户：

let findUser username =
    let recordset = executeQuery("select * from users where username = @username")
    if recordset.getCount() > 0 then
        let user = initUser(recordset)
        Some(user)
    else
        None

给定一个类型为val findUser : string -> user option的函数，因此该函数的返回类型告诉您它可以返回空值。为了使用该代码，您需要处理Some和None这两种情况：

match findUser "Juliet Thunderwitch" with
| Some x -> print_endline "Juliet exists in database"
| None -> print_endline "Juliet not in database"

如果你不处理两种情况，代码甚至无法编译。因此类型系统保证您永远不会获取空引用异常，并且保证您始终处理空值。如果函数返回user，则它保证是一个实际的对象实例。太棒了。

现在我们看到了OP示例代码中的问题：

class Class { ... }

void main() {
    Class c = new Class(); // set to new Class() by default
    // ... ... ... code ...
    for(int i = 0; i < c.count; ++i) { ... }
}

已初始化和未初始化的对象具有相同的数据类型，你无法区分它们。偶尔，null object pattern 可以很有用，但上面的代码表明编译器无法确定您是否正确使用了类型。

- Juliet

Answer 2

我不理解你的例子。如果你的“= new Class()”只是一个占位符，代替了没有null，那么（在我看来）显然是一个bug。如果不是这样，那么真正的bug就是“...”没有正确地设置其内容，在两种情况下完全相同。

一个异常会告诉你忘记初始化c的位置，但不会告诉你应该在哪里初始化它。同样，一个错过的循环将（隐含地）告诉你需要一个非零.count的位置，但不会告诉你应该做什么或在哪里。我认为这两个方案对程序员来说都不容易。

我认为“无null”的重点不是简单地进行文本查找和替换，并将它们全部变成空实例。那显然是无用的。重点是构建你的代码，使得你的变量永远不处于指向无用/不正确值的状态，其中NULL只是最常见的一种情况。

- Ken

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如果一种语言实现了非空类型，那么像“Class c;”这样的语句会将c设置为什么？（顺便说一下，我完全同意你的评论） - zildjohn01

我的第一反应是：这不应该被允许。从逻辑上讲，说“创建一个必须存储Foo的插槽（但保持为空）”是没有意义的。这可能需要一切皆为表达式（像Lisp或Ruby一样）--如果您必须执行顺序语句来进行赋值，我不知道它将如何工作。 - Ken

回顾一下：想到 SQL。如果您有一个“NOT NULL”列，并尝试插入一个没有为其指定非空值的记录，它只会引发错误。 - Ken

那么在这种情况下，每次分配都会生成代码以确保我们不将其设置为null，并在该点引发异常。这是否真的比在关键点手动检查null更可取，并作为程序员对引发异常的效用进行知情决策，或在程序流程中考虑它？ - Jason D

Answer 3

我承认我没有很多了解Spec#，但是我理解NonNullable本质上是一个放在参数上的属性，而不一定是变量声明；将你的例子转化为以下内容：

class Class { ... }

void DoSomething(Class c)
{
    if (c == null) return;
    for(int i = 0; i < c.count; ++i) { ... }
}

void main() {
    Class c = nullptr;
    // ... ... ... code ...
    DoSomething(c);
}

使用Spec#，您可以标记doSomething以表示“参数c不能为空”。 对我来说，这似乎是一个很好的功能，因为这意味着我不需要DoSomething（）方法中的第一行（这是一个容易忘记的行，并且与DoSomething（）的上下文完全无关）。

- Chris

Answer 4

非空类型的概念是让编译器而不是客户端发现错误。假设你在语言中增加了两个类型指示符@nullable（可以为空）和@nonnull（不可能为空）（我使用Java注释语法）。

当你定义一个函数时，需要对其参数进行注释。例如，下面的代码将编译：

int f(@nullable Foo foo) {
  if (foo == null) 
    return 0;
  return foo.size();
}

即使foo在进入时可能为空，控制流也保证在调用foo.size()时foo是非空的。

但是，如果你移除了对null的检查，就会得到一个编译时错误。

以下代码也将编译，因为foo在进入时是非空的：

int g(@nonnull Foo foo) {
  return foo.size(); // OK
}

然而，你将无法使用可为空指针调用g：

@nullable Foo foo;
g(foo); // 编译器错误！

编译器会为每个函数进行流分析，因此它可以检测@nullable何时变为@nonnull（例如，在检查null的if语句内部）。它还将接受@nonnull变量定义，前提是立即初始化。

@nonnull Foo foo = new Foo();

有关此主题的更多信息，请参见我的博客。

- Bartosz Milewski

Answer 5

对我来说，非空类型在处理领域对象时更有意义。当您将数据库表映射到对象并且具有非空列时。比如您有一个名为User的表，它有一个名为userid的varchar（20）不可为空的列；

这样，拥有一个UserId字符串字段不可为空的User类会非常方便。您可以在编译时减少一些错误。

- kaptan

Answer 6

我目前正在使用C#研究这个主题。.NET为值类型提供了Nullable，但对于引用类型不存在相反的功能。

我为引用类型创建了NotNullable，并将问题从if语句中移除（不再检查null），转移到数据类型领域。这使得应用程序在运行时而不是编译时抛出异常。

- bloparod

Answer 7

在我看来，null被用于两个方面。

第一个是值的缺失。例如，布尔值可以是true或false，或者用户尚未选择设置，因此为null。这是有用的和好的事情，但可能最初实现不正确，现在正在尝试正式化使用它。（是否应该有第二个布尔值来保存设置/取消设置状态，或者将null作为三态逻辑的一部分？）

第二个是在空指针意义上。这往往是程序错误情况，即异常。这不是一个预期的状态，而是程序错误。这应该包含在正式异常的范围内，如现代语言中所实现的那样。也就是说，通过try/catch块捕获NullException。

那么，你对这些哪一个感兴趣？

- Conor OG