使用真实世界单位而非类型

Question

使用真实世界单位而非类型

c#typesunits-of-measurement

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我的项目涉及许多包含很多现实世界单位的计算：

距离；
温度；
流量；
...

这个项目涉及复杂的和众多的计算公式。

因此，我认为使用自定义类型，如Temperature、Distance等，对于代码的可读性可能是有好处的。例如：

Temperature x = -55.3;
Meter y = 3;

或者

var x = new Temperature(-55.3);

我尝试创建一个使用双精度内部值的温度类。

public class Temperature
{
    double _Value = double.NaN;

    public Temperature() { }

    public Temperature(double v) {
        _Value = v;
    }

    public static implicit operator Temperature(double v) {
        return new Temperature(v);
    }
}

但是类是可空的。这意味着像下面这样的东西：

Temperature myTemp;

"correct"会是null，但我不想要这个。我不想使用结构体因为它们太受限制：

它们不能使用无参构造函数或实例字段初始化器（例如double _Value = double.Nan;）来定义默认值（我希望默认底层double值为NaN）
它们不能继承类，只能实现接口

因此，我想知道是否有一种方法可以告诉C＃：

Temperature myTemp = 23K; // C# does not implement anything to make K unit...

但我知道C#无法处理没有自定义单位的情况。

Temperature myTemp = new Kelvin(23); // This might work

我想我可以创建两个继承自Temperature的Celsius和Kelvin类，但我开始思考这个想法是否真的值得，因为这需要大量的编码和测试。

这就是我想要开始讨论的问题：

在我的代码中使用真实世界的单位而不是.NET类型是否是一件好事？是否有人已经这样做过？有哪些陷阱和最佳实践？还是我最好远离这个并使用标准的.NET类型？

- Larry

2

附注：F#支持本地单位 - CodesInChaos

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你认为结构体有什么限制吗？我认为在这里使用结构体恰当无误。你的类只需要携带一个不可变的数字值 - 这正是结构体的理想用例。 - NOtherDev

1

“structs force me to override each operator”这句话是什么意思？具体有什么限制？我在参考资料中没有看到相关内容。为什么你的Temperature可能需要从任何东西派生出来？ - NOtherDev

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对于你所需的用途，结构体是个不错的选择。你正在创建基本的数据类型。请注意，例如TimeSpan和DateTime也是结构体！此外，我可能不会创建像开尔文和华氏度这样的类型，而是只创建一个温度类型，例如开尔文，并进行转换（通过GetCelcius），就像DateTime一样。 - Pieter van Ginkel

我最近还添加了 http://github.com/InitialForce/UnitsNet。 - angularsen

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6个回答

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一种实现此目标的方法是使用基本对象（在您的情况下是Temperature）的组合和专门化基本对象的TemperatureTraits类。类似于C++，String等效类basic_string实际上是一个类模板（在C#术语中是通用的），它具有模板参数，不仅适用于字符串元素（char、宽字符等），还有一个特性类，详细说明了为给定类型的字符串元素（如char_traits）而设计的类的行为。

在您的情况下，您可以定义一个泛型，例如： public class MeasurableWithUnits<class M MEASURABLE, class U UNITS> 然后，实现将不仅依赖可测量类，而且还依赖单位类。这在实践中有多大用处，取决于能够使这样的对象真正通用的操作有多少-在哪些组合中Measurable和Units是常见的？

如果这种方法看起来有趣，可以在这里找到一篇关于C# traits的研究论文。

- Steve Townsend

这是一篇非常有趣的论文。不幸的是，由于时间限制和我需要专注的计算复杂性，我不认为我能将其应用于此项目。无论如何，我会点赞并收藏链接。谢谢！ - Larry

1

@controlbreak - 你看过这篇相关的帖子吗？https://dev59.com/VnRC5IYBdhLWcg3wSu97 - Steve Townsend

我喜欢那个最后的链接。已接受！ - Larry

0

如果您使用结构体，则无法为其分配null值。

struct Temperature 
{ 
    double _Value; 
}

- kyndigs

0

我认为在C#中添加静态类型来表示单位并不值得。您需要为所有的组合（不仅是所有单位）重载很多运算符。而且内建函数如Math.Sqrt也是对于普通double类型工作的，...

你可以尝试使用动态类型：

class PhysicalUnit
{
}

struct PhysicalValue
{
    readonly Value;
    readonly PhysicalUnit;
}

然后，在调试模式下编译时，添加检查以确保单位匹配。在发布中，只需删除PhysicalUnit字段和所有检查，您就可以（几乎）像使用普通double的代码一样快。

- CodesInChaos

0

我认为当你想要为温度添加更具体的功能时（例如：IsFreezing()），它可能会很有用。

为了解决开尔文和摄氏度的问题：创建一个接口ITemperature和一个基类。在基类中，您可以实现接口并填写所有类相同的细节。

- Peter van Kekem

0

我会将Temperature作为一个抽象类，其中包含一个名为InternalTemperature的属性来存储温度（以开尔文为单位）。

派生类Celcius会将输入值内部转换为开尔文。它将具有一个（只读的）Value属性，用于将内部值转换回来。

然后比较它们（哪个更暖和）就很容易了。

- Hans Keﬆing

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- OJ. · Accepted Answer

为什么不尝试一个看起来像这样的结构体：

/// <summary>
/// Temperature class that uses a base unit of Celsius
/// </summary>
public struct Temp
{
    public static Temp FromCelsius(double value)
    {
        return new Temp(value);
    }

    public static Temp FromFahrenheit(double value)
    {
        return new Temp((value - 32) * 5 / 9);
    }

    public static Temp FromKelvin(double value)
    {
        return new Temp(value - 273.15);
    }

    public static Temp operator +(Temp left, Temp right)
    {
        return Temp.FromCelsius(left.Celsius + right.Celsius);
    }

    private double _value;

    private Temp(double value)
    {
        _value = value;
    }

    public double Kelvin
    {
        get { return _value + 273.15; }
    }

    public double Celsius
    {
        get { return _value; }
    }

    public double Fahrenheit
    {
        get { return _value / 5 * 9 + 32; }
    }
}

然后像这样使用它：

    static void Main(string[] args)
    {
        var c = Temp.FromCelsius(30);
        var f = Temp.FromFahrenheit(20);
        var k = Temp.FromKelvin(20);

        var total = c + f + k;
        Console.WriteLine("Total temp is {0}F", total.Fahrenheit);
    }