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posts/一份抽象的类型抽象指北/_index.md

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+author: "宣孝卿"
+date: 2024-8-17
+menu:
+  main:
+    parent: tutorials
+title: 一份抽象的类型抽象指北
+weight: 10
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+
+# 一份抽象的类型抽象指北
+
+> 内存本非数，类型亦无形。编译不报错，运行未必行。
+
+程序设计常常涉及类型的抽象。你是否在一些库的文档中看过各种类型，却觉得它们过于抽象？动辄几十几百个成员的枚举类型，总是报错的类型约束，永远设计不出的 trait，以及程序运行时无尽的 panic……看完今天的介绍，不说你是醍醐灌顶，至少也算得上是毫无收获。
+
+## 引子
+
+### 除法
+
+```rust
+fn div(a: u32, b: u32) -> u32 {
+    a / b
+}
+
+fn main() {
+    div(6, 3);  // 2
+    div(5, 1);  // 5
+    div(4, 0);  // panic!
+}
+```
+
+函数明明定义为 `+fn(u32, u32) -> u32+`，但却不一定总能返回 `u32` 类型的值。这是一种意外行为（虽然你大概也许知道 0 不能作为除数，所以你可能或许毫不意外）。
+
+虽然 Rust 标准库文档说明了除法可能 panic，~~但是正经人谁看文档啊，下贱~~，但是文档里面的备注容易被忽略，而这种把潜在错误留到运行时的行为很容易导致意外崩溃。
+
+![picture](pics/impl_div_for_u32.png)
+![picture](pics/div_impl_integer.png)
+
+对此，我们可以用两种方法在类型层面解决：
+
+1. 限制除数类型为非零整数，如采用 `NonZero<u32>` 类型：
+![picture](pics/impl_div_non_zero_u32_for_u32.png)
+![picture](pics/impl_div_non_zero_u32_for_u32_src.png)
+相当于定义：
+
+```rust
+fn div(a: u32, b: NonZero<u32>) -> u32 {
+    a / b.get()
+}
+```
+
+2. 运行时检查可能的错误，返回可能失败的结果，如 `checked_div` 函数：
+
+![picture](pics/checked_div_u32.png)
+
+### 颜色
+
+如何定义 `Color` 类型？
+
+* `String`？（`+"black"+`、`+"white"+`、`+"red"+`、`+"rgb(0 0 255)"+`、`+"#00FF00"+`……）
+* RGB `(u8, u8, u8)`（真彩色）？
+* RGBA `(u8, u8, u8, u8)`？
+* `f32`？`f64`？
+* 16 色？256 色（`u8`）？
+    - `0bRRRGGGBB`？
+    - ANSI？
+
+ANSI 256 色:
+
+![picture](pics/ansi-256-color.png)
+
+* `any`？
+
+颜色空间:
+
+![picture](pics/CIE1931xy_gamut_comparison.png)
+
+你永远无法定义一个完美的 `Color` 类型！适合使用场景的类型才是最好的类型。
+
+以浏览器渲染流程为例，一个可能的类型工作流程是：
+
+* 在处理原始 CSS 颜色字符串时，使用 `String`
+* CSS 解析后可以转为自定义的 `enum` 类型，类似于：
+
+```rust
+/// Number range is extracted from
+/// <https://drafts.csswg.org/css-color/#color-type>
+#[non_exhaustive]
+enum Color {
+    Transparent,
+    Named(NamedColor),
+    Hex(u32),                 // 0xRRGGBBAA
+    Rgb(f32, f32, f32),       // 0.0..=255.0
+    Rgba(f32, f32, f32, f32), // R/G/B: 0.0..=255.0, A: 0.0..=1.0
+    Hsl(f32, f32, f32),       // H: 0.0..360.0, S/L: 0.0..100.0
+    Hsla(f32, f32, f32, f32),
+    // Hwb, Lab, Lch, etc.
+}
+```
+
+* 内部可以表示为 RGBA 或其他颜色空间
+* 处理完透明度混合后，最终渲染到像素点时采用 RGB
+
+### 错误类型
+
+在一个项目（crate）中，如何定义错误类型？
+
+* `String`？（简单明了，但不够规范，难以本地化处理）
+* `+Box<dyn Error>+`？`anyhow::Error`？（与 `String` 相比，规范了输出格式，但仍不够结构化，适合 bin crate）
+* `enum` + `#[derive(thiserror::Error)]`？（结构化程度更高，但需要额外设计错误类型，适合 lib crate）
+* `any`？
+
+## 好的类型抽象有哪些特点？
+
+~~好的类型抽象应该抽象~~
+
+类型本质是一种集合。好的类型应该和良好定义的集合具有相似的性质。
+
+高一的数学课介绍了集合的三大性质：
+
+* 确定性：对于任意一个元素，它要么属于这个集合，要么不属于这个集合。
+* 互异性：集合中的元素是互不相同的。
+* 无序性：集合中的元素之间没有顺序关系。
+
+其中无序性主要用于集合相等性的判定，不在这里讨论。
+
+对于确定性的要求，好的抽象应该满足：
+
+* 任何合法的概念都能以这个类型的值来表示。
+* 任何非法的概念不能以这个类型的值来表示。
+
+对于互异性的要求，好的抽象应该满足：
+
+* 在该类型的框架下，一个合法的概念只能有一种表示方式。
+
+或者说，好的类型抽象和被抽象的概念**同构**（一一对应）。
+
+同时，好的类型抽象应该尽可能简单，不应该包含多余的信息。
+
+## 实战：任务调度
+
+了解 typestate 设计模式。