單元類型安全性或缺乏安全性可能會帶來實(shí)際后果，有時甚至是災(zāi)難性后果。本文簡要演示了如何使用類型安全的單位和數(shù)量將Manifold框架的擴(kuò)展和科學(xué)庫應(yīng)用于一般解決方案。

直到1999年涉及NASA的火星氣候軌道器（MCO）事件為止，都沒有其他與單位相關(guān)的故障的例子。那些熟悉這個故事的人知道，航天器錯過了它的紅色大目標(biāo)幾英里，幾公里或與公制相關(guān)的東西。實(shí)際上，由MCO不幸事故調(diào)查委員會領(lǐng)導(dǎo)的 調(diào)查 得出的結(jié)論是，由于以下原因，該軌道飛行器未實(shí)現(xiàn)其標(biāo)記：MSOP項(xiàng)目軟件接口規(guī)范（SIS）要求的SM_FORCES應(yīng)用程序代碼的輸出應(yīng)以牛頓（Ns）的公制單位表示。相反，數(shù)據(jù)以英制單位磅-秒（lbf-s）的形式報(bào)告。

哎呀！該報(bào)告還揭示了一些本來可以防止事故發(fā)生的錯失良機(jī)。最終，溝通中的空白被視為失敗點(diǎn)的中心。但是必須懷疑，如果問題出現(xiàn)在軟件中，為什么沒有更多的關(guān)注呢？

為了進(jìn)行哈希運(yùn)算，一個系統(tǒng)為另一系統(tǒng)提供了牛頓秒（N s）的線性動量，以磅-秒（lbf s）為單位。接收系統(tǒng)的API（由數(shù)據(jù)格式組成）無法對類型進(jìn)行安全地建模。相反，API接受原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。簡化圖：

/**

* Position the orbiter for optimal trajectory. Don't mess this up!

*

* @param momentum Amount of thrust to apply. And uh, one more thing, use SI units here.

*/

public void performManeuver(double momentum) {

// fire thrusters and stuff

}

也許這是真正的悲??？當(dāng)然，文檔指定了SI單位，但是文檔沒有編譯代碼。Javac可以確保調(diào)用者通過兩次加倍，但是除非知道，否則它不知道線性動量或SI單位。

通常，如果編譯器可以執(zhí)行否則必須記錄的內(nèi)容，請支持編譯器！因此，讓我們用類型安全的抽象代替雙精度動量。

/**

* Position the orbiter for optimal trajectory. You *can't* mess this up!

*

* @param momentum Amount of thrust to use.

*/

public void performManeuver(Momentum momentum) {

// fire thrusters and stuff

}

該 Momentum 類型取自Manifold框架的 Science庫，該庫將物理尺寸建模為類型安全的單位和數(shù)量的類庫。的數(shù)量以 Momentum 表示 MomentumUnit。在內(nèi)部，維類別將數(shù)量保持為SI單位，因此所有物理計(jì)算本質(zhì)上與單位無關(guān)。結(jié)果，我們現(xiàn)在可以performManeuver() 使用我們選擇的單位進(jìn)行調(diào)用 ：

Momentum momentum = new Momentum(50, MomentumUnit.POUND_SECONDS);

orbiter.performManeuver(momentum);

// or

Momentum momentum = new Momentum(222.41108075988, MomentumUnit.NEWTON_SECONDS);

orbiter.performManeuver(momentum);

盡管它們用不同的單位定義，但兩個值都是相同的動量。大贏了！但是，我們?nèi)绾?工作 有動力？使用像這樣的無單位類型的一個優(yōu)點(diǎn) double 是簡單。流形使用類型安全的單位表達(dá)式維護(hù)和擴(kuò)展了這種便利 性，這使我們可以像上面這樣重寫代碼：

Momentum momentum = 50 lbf s;

orbiter.performManeuver(momentum);

// or

Momentum momentum = 222.41108075988 N s;

orbiter.performManeuver(momentum);

此外，借助Manifold提供的 運(yùn)算符重載， 我們可以在整個物理量范圍內(nèi)使用類型安全算術(shù)。例如，科學(xué)圖書館將的乘積Force 和 定義 Time 為 Momentum。

Momentum momentum = 5 lbf * 10 s;

// or

Momentum momentum = 22.241108075988 N * 10 s;

平等和關(guān)系表達(dá)也非常簡潔：

out.println(50 lbf s > 222 N s); // true

最終，物理計(jì)算導(dǎo)致與外界的交流。無論是在屏幕上顯示結(jié)果還是與航天器進(jìn)行交互，該軟件都可以提供特定的值。Manifold的物理尺寸類提供了用于單位轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)訪問的通用接口。您還可以使用字符串插值輕松格式化輸出：

Momentum momentum = 222.41108075988 N s;

Time duration = 10 s;

Force force = momentum / duration;

out.println("$duration burn at $force");

out.println("$duration burn at ${force.to(lbf)}");

注意，用于IntelliJ IDEA的 Manifold插件為 框架的所有功能提供了全面的支持。它可以免費(fèi)與IDEA社區(qū)版一起使用。

Manifold對物理量的處理還有更多。這里的目的是指出類型安全性對于物理量的API使用的重要性，以及如何將Manifold應(yīng)用于改進(jìn)。當(dāng)然，您可以在代碼中的任何地方使用該框架，其中類型安全的數(shù)量可以改善您的開發(fā)體驗(yàn)。希望您永遠(yuǎn)不必經(jīng)歷火星氣候軌道器機(jī)芯的故障！