解决枚举上不完整的模式匹配问题

Question

在模式匹配时，是否有任何创造性的方法可以解决.NET的“弱”枚举问题？我希望它们的功能与DU类似。这是我目前处理它的方式。有更好的想法吗？

[<RequireQualifiedAccess>]
module Enum =
  let unexpected<'a, 'b, 'c when 'a : enum<'b>> (value:'a) : 'c = //'
    failwithf "Unexpected enum member: %A: %A" typeof<'a> value //'

match value with
| ConsoleSpecialKey.ControlC -> ()
| ConsoleSpecialKey.ControlBreak -> ()
| _ -> Enum.unexpected value //without this, gives "incomplete pattern matches" warning

Answer 1

我认为总的来说这是一个很高的命令，因为枚举是“弱”的。 ConsoleSpecialKey是一个很好的“完整”枚举的例子，其中ControlC和ControlBreak分别由0和1表示，是它可以承担的唯一有意义的值。但我们有一个问题，你可以强制任何整数到ConsoleSpecialKey！：

let x = ConsoleSpecialKey.Parse(typeof<ConsoleSpecialKey>, "32") :?> ConsoleSpecialKey

所以你给出的模式确实不完整，确实需要处理。

（ 更不用说更复杂的枚举，如System.Reflection.BindingFlags，用于比特掩码，但通过简单枚举的类型信息无法区分，使图片更加复杂化 编辑：实际上，@ ijjarn指出，按照惯例，Flags属性用于区分完整和位掩码枚举，尽管编译器不会阻止你在未标记此属性的枚举上使用按位运算，再次揭示枚举的弱点）。

但是，如果你正在使用像ConsoleSpecialKey这样的特定“完整”枚举并且写出最后一个不完整的模式匹配案例，那么你总是可以找到一个完整的活动模式：

let (|ControlC|ControlBreak|) value =
    match value with
    | ConsoleSpecialKey.ControlC -> ControlC
    | ConsoleSpecialKey.ControlBreak -> ControlBreak
    | _ -> Enum.unexpected value

//complete
match value with
| ControlC -> ()
| ControlBreak -> ()

然而，这类似于简单地保留未完成的模式匹配案例并且禁止警告。我认为你目前的解决方案很好，只要坚持下去就会很好。

Answer 2

根据斯蒂芬在回答评论中提出的建议，我最终得到了以下解决方案。 Enum.unexpected通过在前一种情况下抛出FailureException而在后一种情况下抛出Enum.Unhandled来区分无效的枚举值和未处理的情况（可能是由于后来添加了枚举成员）。

[<RequireQualifiedAccess>]
module Enum =

  open System

  exception Unhandled of string

  let isDefined<'a, 'b when 'a : enum<'b>> (value:'a) =
    let (!<) = box >> unbox >> uint64
    let typ = typeof<'a>
    if typ.IsDefined(typeof<FlagsAttribute>, false) then
      ((!< value, System.Enum.GetValues(typ) |> unbox)
      ||> Array.fold (fun n v -> n &&& ~~~(!< v)) = 0UL)
    else Enum.IsDefined(typ, value)

  let unexpected<'a, 'b, 'c when 'a : enum<'b>> (value:'a) : 'c =
    let typ = typeof<'a>
    if isDefined value then raise <| Unhandled(sprintf "Unhandled enum member: %A: %A" typ value)
    else failwithf "Undefined enum member: %A: %A" typ value

Example

type MyEnum =
  | Case1 = 1
  | Case2 = 2

let evalEnum = function
  | MyEnum.Case1 -> printfn "OK"
  | e -> Enum.unexpected e

let test enumValue =
  try 
    evalEnum enumValue
  with
    | Failure _ -> printfn "Not an enum member"
    | Enum.Unhandled _ ->  printfn "Unhandled enum"

test MyEnum.Case1 //OK
test MyEnum.Case2 //Unhandled enum
test (enum 42)    //Not an enum member

显然，它在运行时而不是编译时警告未处理的情况，但它似乎是我们能做的最好的。

Answer 3

我认为它是F＃的一个特性，它会强制你处理枚举的意外值（因为它可以通过显式转换创建它们，并且因为更高版本的程序集可能会添加其他命名值）。你的方法看起来很好。另一种方法是创建一个活动模式：

let (|UnhandledEnum|) (e:'a when 'a : enum<'b>) = 
    failwithf "Unexpected enum member %A:%A" typeof<'a> e

function
| System.ConsoleSpecialKey.ControlC -> ()
| System.ConsoleSpecialKey.ControlBreak -> ()
| UnhandledEnum r -> r

这里匹配UnhandledEnum模式的过程将引发异常，但返回类型是可变的，因此无论从匹配返回什么类型，它都可以在模式的右侧使用。

Answer 4

这是F＃语言的一个小麻烦，而不是一个功能。可以创建无效的枚举，但这并不意味着F＃模式匹配代码必须处理它们。如果模式匹配失败，因为枚举采用了超出定义范围的值，则错误不在模式匹配代码中，而是在生成无意义值的代码中。因此，枚举上的模式匹配没有解决无效值的问题。

想象一下，如果按照相同的逻辑，F＃用户每次遇到.Net引用类型时都被迫进行空检查（可以为null，就像枚举可以存储无效的整数一样）。语言将变得无法使用。幸运的是，枚举不会出现太多，我们可以替代DUs。