PHP 8.2 Disjunctive Normal Form (DNF) Types：复杂类型组合的实际应用场景

大家好！今天我们来聊聊PHP 8.2引入的 Disjunctive Normal Form (DNF) Types，也就是析取范式类型。这是一种强大的类型系统特性，它允许我们以更精确和灵活的方式定义复杂类型，从而提高代码的可读性、可维护性和健壮性。

什么是 DNF 类型？

在PHP 8.0之前，我们可以使用联合类型（A|B）和交叉类型（A&B）来组合类型。联合类型表示变量可以是多种类型中的一种，而交叉类型表示变量必须同时满足多种类型。但是，我们无法将联合类型和交叉类型任意组合，比如 (A|B)&C 是允许的，但 A|(B&C) 在 PHP 8.0 和 8.1 中是不允许的。

DNF类型解决了这个问题。DNF类型本质上是一种标准化的类型组合形式，它将复杂的类型表达式转换为一组联合类型，每个联合类型包含一个或多个交叉类型。简单来说，DNF类型就是多个交叉类型的联合。

一个合法的 DNF 类型必须满足以下形式：

(A&B&C) | (D&E) | F

其中：

每个括号内的 (A&B&C)、(D&E)、F 都是一个 合取子句 (conjunctive clause)。
每个合取子句都是一个交叉类型，包含了多个类型，用 & 连接。
整个 DNF 类型是多个合取子句的联合，用 | 连接。

为什么需要 DNF 类型？

DNF 类型带来的主要好处是：

更精确的类型表达： 它可以更准确地描述复杂的数据结构和函数参数/返回值类型，避免过度宽泛的类型声明。
提升代码可读性： 使用 DNF 类型可以更清晰地表达类型之间的关系，提高代码的可理解性。
增强类型检查： 编译器和静态分析工具可以更好地理解 DNF 类型，从而进行更严格的类型检查，尽早发现潜在的错误。
改进代码维护性： 更精确的类型信息可以减少因类型错误引起的bug，并简化代码重构。

DNF 类型的语法

PHP 8.2 允许我们在类型声明中使用 DNF 类型。例如：

interface A {}
interface B {}
interface C {}
interface D {}

class MyClass {
    public function processData(A&(B|C) $data): (D&B)|null {
        // ...
    }
}

// PHP 8.2 允许的 DNF 类型写法：
// (A&B)|(A&C)
// (A&B)|C
// A|(B&C)

// PHP 8.0/8.1 不允许的写法，但在 PHP 8.2 中是合法的：
// A|(B&C)

实际应用场景

接下来，我们将通过几个具体的例子来演示 DNF 类型在实际开发中的应用。

场景 1：对象状态管理

假设我们有一个 Order 类，它有多种状态，例如 Pending、Processing、Shipped 和 Delivered。每种状态都对应一个接口，并且有些操作只在特定的状态下才能执行。

interface OrderState {}
interface Pending extends OrderState {}
interface Processing extends OrderState {}
interface Shipped extends OrderState {}
interface Delivered extends OrderState {}

class Order {
    private OrderState $state;

    public function __construct(OrderState $state) {
        $this->state = $state;
    }

    // 只能在 Pending 或 Processing 状态下取消订单
    public function cancelOrder(Pending|Processing $state): void {
        if (!($this->state instanceof Pending || $this->state instanceof Processing )) {
            throw new Exception("Cannot cancel order in current state.");
        }

        // 执行取消订单的逻辑
        echo "Order cancelled.n";
    }

    // 只能在 Shipped 状态下确认收货
    public function confirmDelivery(Shipped $state): void {
        if (!($this->state instanceof Shipped)) {
            throw new Exception("Cannot confirm delivery in current state.");
        }

        // 执行确认收货的逻辑
        echo "Delivery confirmed.n";
    }

    public function setState(OrderState $state): void
    {
        $this->state = $state;
    }
}

class PendingState implements Pending { }
class ProcessingState implements Processing { }
class ShippedState implements Shipped { }
class DeliveredState implements Delivered { }

$order = new Order(new PendingState());
$order->cancelOrder(new PendingState()); // 输出: Order cancelled.

try {
    $order->confirmDelivery(new ShippedState()); // 抛出异常，因为当前状态是 Pending
} catch (Exception $e) {
    echo $e->getMessage() . "n"; // 输出: Cannot confirm delivery in current state.
}

$order->setState(new ShippedState());
$order->confirmDelivery(new ShippedState()); // 输出: Delivery confirmed.

在这个例子中，cancelOrder 方法的参数类型声明 Pending|Processing 确保了只有 Pending 或 Processing 状态的对象才能调用该方法。confirmDelivery 方法的参数类型声明 Shipped 确保了只有 Shipped 状态的对象才能调用该方法。虽然这个例子没有使用 DNF 语法的全部威力，但是展现了类型约束的基本用法。

场景 2：权限控制

假设我们有一个系统，用户可以拥有不同的角色和权限。 Role 接口表示角色，Permission 接口表示权限。有些操作需要同时拥有特定的角色和权限才能执行。

interface Role {}
interface Admin extends Role {}
interface Editor extends Role {}

interface Permission {}
interface Create extends Permission {}
interface Update extends Permission {}
interface Delete extends Permission {}

class User {
    private array $roles;
    private array $permissions;

    public function __construct(array $roles, array $permissions) {
        $this->roles = $roles;
        $this->permissions = $permissions;
    }

    public function hasRole(Role $role): bool {
        foreach ($this->roles as $r) {
            if ($r instanceof $role) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public function hasPermission(Permission $permission): bool {
        foreach ($this->permissions as $p) {
            if ($p instanceof $permission) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    // 必须同时拥有 Admin 角色和 Delete 权限才能删除用户
    public function deleteUser(Admin&Delete $auth): void {
        // 实际检查应该更严谨，这里简化了。
        if (!($this->hasRole($auth) && $this->hasPermission($auth))) { // 这里的类型检查实际上并没有利用到 DNF 的特性
            throw new Exception("Insufficient permissions to delete user.");
        }

        // 执行删除用户的逻辑
        echo "User deleted.n";
    }

    // 必须同时拥有 Editor 角色和 Update 权限才能更新文章
    public function updateArticle(Editor&Update $auth): void {
        if (!($this->hasRole($auth) && $this->hasPermission($auth))) {
            throw new Exception("Insufficient permissions to update article.");
        }

        // 执行更新文章的逻辑
        echo "Article updated.n";
    }
}

class AdminRole implements Admin {}
class EditorRole implements Editor {}

class CreatePermission implements Create {}
class UpdatePermission implements Update {}
class DeletePermission implements Delete {}

$adminUser = new User([new AdminRole()], [new DeletePermission()]);
$editorUser = new User([new EditorRole()], [new UpdatePermission()]);

// 尝试删除用户，需要 Admin 角色和 Delete 权限
try {
    $adminUser->deleteUser(new class() implements Admin, Delete {}); // 模拟同时实现了 Admin 和 Delete 接口的类
    // $adminUser->deleteUser(new AdminRole()); // 抛出异常，因为缺少 Delete 权限
} catch (Exception $e) {
    echo $e->getMessage() . "n"; // 输出: Insufficient permissions to delete user.
}

// 尝试更新文章，需要 Editor 角色和 Update 权限
try {
    $editorUser->updateArticle(new class() implements Editor, Update {}); // 模拟同时实现了 Editor 和 Update 接口的类
} catch (Exception $e) {
    echo $e->getMessage() . "n";
}

在这个例子中，deleteUser 方法的参数类型声明 Admin&Delete 表示只有同时拥有 Admin 角色和 Delete 权限的对象才能调用该方法。 updateArticle 方法的参数类型声明 Editor&Update 表示只有同时拥有 Editor 角色和 Update 权限的对象才能调用该方法。

虽然我们使用了交叉类型，但并没有完全发挥 DNF 的威力。接下来，我们将会展示一个更复杂的权限控制场景，利用 DNF 来实现更灵活的权限组合。

场景 3：复杂权限组合

假设我们需要更复杂的权限控制，例如：

用户可以删除文章，如果他们是 Admin 角色，或者同时拥有 Editor 角色和 Delete 权限。

interface Role {}
interface Admin extends Role {}
interface Editor extends Role {}

interface Permission {}
interface Create extends Permission {}
interface Update extends Permission {}
interface Delete extends Permission {}

class User {
    private array $roles;
    private array $permissions;

    public function __construct(array $roles, array $permissions) {
        $this->roles = $roles;
        $this->permissions = $permissions;
    }

    public function hasRole(Role $role): bool {
        foreach ($this->roles as $r) {
            if ($r instanceof $role) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public function hasPermission(Permission $permission): bool {
        foreach ($this->permissions as $p) {
            if ($p instanceof $permission) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    // 用户可以删除文章，如果他们是 Admin 角色，或者同时拥有 Editor 角色和 Delete 权限
    public function deleteArticle((Admin)|(Editor&Delete) $auth): void {
        $isAdmin = $auth instanceof Admin;
        $isEditorAndDelete = $auth instanceof Editor && $auth instanceof Delete;

        if (!($isAdmin || $isEditorAndDelete)) {
            throw new Exception("Insufficient permissions to delete article.");
        }

        // 执行删除文章的逻辑
        echo "Article deleted.n";
    }

}

class AdminRole implements Admin {}
class EditorRole implements Editor {}

class CreatePermission implements Create {}
class UpdatePermission implements Update {}
class DeletePermission implements Delete {}

$adminUser = new User([new AdminRole()], []);
$editorUser = new User([new EditorRole()], [new DeletePermission()]);

// 管理员可以直接删除文章
$adminUser->deleteArticle(new AdminRole()); // 输出: Article deleted.

// 编辑需要同时拥有 Delete 权限才能删除文章
$editorUser->deleteArticle(new class() implements Editor, Delete {}); // 输出: Article deleted.

// 尝试使用只拥有 Editor 角色的用户删除文章，会抛出异常
$editorOnlyUser = new User([new EditorRole()], []);
try {
    $editorOnlyUser->deleteArticle(new EditorRole());
} catch (Exception $e) {
    echo $e->getMessage() . "n"; // 输出: Insufficient permissions to delete article.
}

在这个例子中，deleteArticle 方法的参数类型声明 (Admin)|(Editor&Delete) 使用 DNF 类型来表达更复杂的权限需求。它表示用户可以删除文章，如果他们是 Admin 角色或者同时拥有 Editor 角色和 Delete 权限。

场景 4：配置对象

假设我们有一个配置对象，它包含多个配置项，每个配置项都有不同的类型。有些配置项是必需的，有些是可选的。我们可以使用 DNF 类型来定义配置对象的类型，以便在编译时检查配置的正确性。

interface ConfigOption {}
interface Hostname extends ConfigOption {}
interface Port extends ConfigOption {}
interface Username extends ConfigOption {}
interface Password extends ConfigOption {}
interface Timeout extends ConfigOption {}

class Configuration {
    private string $hostname;
    private int $port;
    private ?string $username;
    private ?string $password;
    private ?int $timeout;

    public function __construct(
        string $hostname,
        int $port,
        ?(string $username),
        ?(string $password),
        ?(int $timeout)
    ) {
        $this->hostname = $hostname;
        $this->port = $port;
        $this->username = $username;
        $this->password = $password;
        $this->timeout = $timeout;
    }

    public static function fromArray(array $config): self
    {
        // 假设 hostname 和 port 是必须的，其他是可选的
        if (!isset($config['hostname']) || !is_string($config['hostname'])) {
            throw new InvalidArgumentException("Hostname is required and must be a string.");
        }

        if (!isset($config['port']) || !is_int($config['port'])) {
            throw new InvalidArgumentException("Port is required and must be an integer.");
        }

        $username = $config['username'] ?? null;
        $password = $config['password'] ?? null;
        $timeout = $config['timeout'] ?? null;

        if ($username !== null && !is_string($username)) {
            throw new InvalidArgumentException("Username must be a string or null.");
        }

         if ($password !== null && !is_string($password)) {
            throw new InvalidArgumentException("Password must be a string or null.");
        }

         if ($timeout !== null && !is_int($timeout)) {
            throw new InvalidArgumentException("Timeout must be an integer or null.");
        }

        return new self(
            $config['hostname'],
            $config['port'],
            $username,
            $password,
            $timeout
        );
    }
}

// 示例配置
$validConfig = [
    'hostname' => 'example.com',
    'port' => 8080,
    'username' => 'user',
    'password' => 'password',
    'timeout' => 30
];

$invalidConfig = [
    'port' => 8080,
    'username' => 'user',
    'password' => 'password',
    'timeout' => 30
];

$configObject = Configuration::fromArray($validConfig);

try {
    $configObject = Configuration::fromArray($invalidConfig);
} catch (InvalidArgumentException $e) {
    echo $e->getMessage() . "n"; // 输出: Hostname is required and must be a string.
}

在这个例子中，虽然我们没有直接在构造函数中使用 DNF 类型，但是我们可以利用 DNF 类型在 fromArray 方法中进行更严格的类型检查。例如，我们可以定义一个类型 (Hostname&string) & (Port&int) & (Username&string|null) & (Password&string|null) & (Timeout&int|null) 来表示配置对象的类型。虽然PHP目前无法直接使用这种类型的声明，但是我们可以将其作为类型检查的指导原则。

DNF 类型的限制

虽然 DNF 类型非常强大，但也存在一些限制：

只支持类和接口类型： DNF 类型只能用于类和接口类型，不能用于基本类型（例如 int、string、bool）。
不能包含 mixed 类型： DNF 类型不能包含 mixed 类型。
不能包含可调用类型： DNF 类型不能包含可调用类型 (callable)。

总结与展望

PHP 8.2 的 DNF 类型为我们提供了一种更精确和灵活的方式来定义复杂的类型组合。通过使用 DNF 类型，我们可以提高代码的可读性、可维护性和健壮性，并减少因类型错误引起的 bug。虽然 DNF 类型存在一些限制，但它仍然是一个非常有价值的特性，值得我们在实际开发中积极应用。

希望今天的内容能够帮助大家更好地理解和使用 PHP 8.2 的 DNF 类型。谢谢大家！

未来类型系统的发展方向

类型系统一直在不断发展，期望未来能支持更复杂的类型约束和推断，从而进一步提升代码质量。

PHP 8.2 Disjunctive Normal Form (DNF) Types：复杂类型组合的实际应用场景

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