JS `Records and Tuples` (提案) `Structural Typing` 与 `Nominal Typing` 的权衡

各位观众，早上好！今天咱们来聊聊JavaScript未来可能引入的Records and Tuples提案，以及它在类型系统上玩的一个小把戏：Structural Typing 和 Nominal Typing 的权衡。这俩家伙就像是编程界的“相声演员”，一个讲究“内在美”，一个看重“出身背景”，让咱们看看它们在Records and Tuples这个舞台上会碰撞出什么火花。

一、Records and Tuples: 何方神圣？

首先，得搞清楚Records and Tuples是个什么东西。简单来说，它们是JavaScript中新增的两种数据结构，旨在解决现有对象和数组的一些痛点。

• Records: 类似于对象，但是是不可变的，并且具有值相等性。 想象一下，一个永远不会被修改，而且只要“长”得一样，就认为是同一个东西的对象。
• Tuples: 类似于数组，也是不可变的，并且具有值相等性。 同样，一个永远不会被修改，并且只要里面的元素一样，就认为是同一个东西的数组。

举个栗子：

// 这不是真正的 Records 和 Tuples 代码，只是为了说明概念
const point1 = Record({ x: 1, y: 2 });
const point2 = Record({ x: 1, y: 2 });
const point3 = Record({ y: 2, x: 1 }); // 注意顺序不同

const tuple1 = Tuple(1, 2);
const tuple2 = Tuple(1, 2);

console.log(point1 === point2); // 传统的对象比较会返回 false，但 Records 会返回 true
console.log(point1 === point3); // Records 会考虑属性顺序，这里会返回 false (如果提案实现如此)
console.log(tuple1 === tuple2); // Tuples 会返回 true

为什么要引入这俩家伙？

• 性能： 不可变性可以优化 JavaScript 引擎的性能，因为引擎可以更容易地进行一些假设。
• 可靠性： 不可变性可以减少程序中的 bug，因为你不用担心数据被意外修改。
• 简洁性： 值相等性可以简化一些比较操作。

二、Structural Typing vs. Nominal Typing: 类型系统的“相声”

现在，让我们请出今天的主角：Structural Typing 和 Nominal Typing。

• Nominal Typing (名义类型): 就像给每个人贴上一个标签，只有标签相同的人，才认为是同一类人。类型相等性是基于类型的名字声明的。 C++, Java 和 TypeScript (大部分情况下) 使用的是名义类型。
• Structural Typing (结构类型): 就像看两个人的简历，只要他们会做的事情一样，就认为是同一类人。类型相等性是基于类型的结构（属性和方法）决定的。Go 和 TypeScript (在某些情况下) 使用的是结构类型。

用一个简单的例子来说明：

// TypeScript 示例
interface Point {
  x: number;
  y: number;
}

class PointClass implements Point {
  x: number;
  y: number;
  constructor(x: number, y: number) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }
}

function printPoint(point: Point) {
  console.log(`x: ${point.x}, y: ${point.y}`);
}

const pointObject = { x: 1, y: 2 };
const pointInstance = new PointClass(3, 4);

printPoint(pointObject); // 在 TypeScript 中，这没问题！结构类型起作用
printPoint(pointInstance); // 这也没问题！

在这个例子中，pointObject 并没有明确声明它实现了 Point 接口，但是由于它的结构和 Point 接口一致，所以 TypeScript 认为它是 Point 类型。 这就是结构类型的体现。

再来一个例子说明名义类型（模拟）：

// Java 示例
interface Point {
  int getX();
  int getY();
}

class PointClass implements Point {
  private int x;
  private int y;

  public PointClass(int x, int y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }

  public int getX() { return x; }
  public int getY() { return y; }
}

class AnotherPoint {
  private int x;
  private int y;

  public AnotherPoint(int x, int y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }

  public int getX() { return x; }
  public int getY() { return y; }
}

public class Main {
  public static void printPoint(Point point) {
    System.out.println("x: " + point.getX() + ", y: " + point.getY());
  }

  public static void main(String[] args) {
    PointClass pointInstance = new PointClass(1, 2);
    AnotherPoint anotherPointInstance = new AnotherPoint(3, 4);

    printPoint(pointInstance); // 这没问题！
    // printPoint(anotherPointInstance); // 这会报错！因为 AnotherPoint 没有实现 Point 接口
  }
}

在这个例子中，即使 AnotherPoint 的结构和 Point 接口一致，但是由于它没有明确声明实现 Point 接口，所以 Java 认为它不是 Point 类型。 这就是名义类型的体现。

两者优缺点：

特性	Nominal Typing (名义类型)	Structural Typing (结构类型)
优点	更安全，更容易理解	更灵活，更容易复用
缺点	更严格，更难复用	更容易出错，更难调试
适用场景	大型项目，需要高可靠性	小型项目，需要快速开发
语言举例	Java, C++	Go, TypeScript (部分情况)

三、Records and Tuples 的类型之争：一个“妥协的艺术”

那么，Records and Tuples 提案在类型系统上选择了哪种方式呢？答案是：一种混合的方式，更偏向于结构类型，但又加入了一些名义类型的特性。

具体来说：

• 结构类型用于确定值的兼容性： 只要两个 Record 或 Tuple 的结构相同（属性和元素的类型相同），就可以认为它们是同一种类型。
• 名义类型用于区分 Record 和 Tuple： Record 和 Tuple 是两种不同的类型，即使它们的结构相同，也不能互相赋值。

例如（假设 Records 和 Tuples 已经实现）：

// 假设 Record 和 Tuple 已经实现

// 结构相同的 Record
const record1 = Record({ x: 1, y: 2 });
const record2 = Record({ x: 3, y: 4 });

// 结构相同的 Tuple
const tuple1 = Tuple(1, 2);
const tuple2 = Tuple(3, 4);

function printPoint(point: { x: number, y: number }) { // 使用 TypeScript 的类型注解
  console.log(`x: ${point.x}, y: ${point.y}`);
}

printPoint(record1); //  OK，Record 的结构符合要求
printPoint(record2); //  OK，Record 的结构符合要求
//printPoint(tuple1); //  Error! Tuple 和 { x: number, y: number } 的类型不兼容，即使结构相似！  这体现了名义类型的部分特性

function printTuple(tuple: [number, number]) {
  console.log(`first: ${tuple[0]}, second: ${tuple[1]}`);
}

printTuple(tuple1); // OK
printTuple(tuple2); // OK
//printTuple(record1); // Error! Record 和 [number, number] 的类型不兼容，即使结构相似！ 这体现了名义类型的部分特性

为什么要这样设计？

• 灵活性： 结构类型可以提高代码的灵活性，允许你更容易地复用代码。
• 安全性： 名义类型的特性可以避免一些潜在的类型错误，例如将一个 Tuple 误当成 Record 使用。
• 与现有 JavaScript 代码的兼容性： JavaScript 已经是一种非常灵活的语言，如果完全采用名义类型，可能会导致大量的现有代码无法正常工作。

四、Records and Tuples 的实际应用：一些“脑洞大开”的例子

有了 Records and Tuples，我们可以做一些有趣的事情。

1. 不可变的数据结构： 用于存储配置信息、状态信息等，确保数据不会被意外修改。

   const config = Record({
     apiUrl: 'https://example.com/api',
     timeout: 5000,
   });
   
   // config.timeout = 10000; //  Error!  Record 是不可变的

2. 函数式编程： Records and Tuples 可以更好地支持函数式编程，因为它们是不可变的，可以更容易地进行纯函数操作。

   function addPoint(point: { x: number, y: number }, dx: number, dy: number): { x: number, y: number } {
     return Record({ x: point.x + dx, y: point.y + dy }); // 返回一个新的 Record
   }
   
   const point = Record({ x: 1, y: 2 });
   const newPoint = addPoint(point, 3, 4);
   
   console.log(point);     // Record { x: 1, y: 2 } (原始数据没有被修改)
   console.log(newPoint);  // Record { x: 4, y: 6 }

3. 缓存键： 由于 Records and Tuples 具有值相等性，可以作为 Map 的键，方便地进行缓存。

   const cache = new Map();
   
   function getData(query: Record<{ key: string, value: any }>) {
     if (cache.has(query)) {
       return cache.get(query);
     }
   
     // 模拟数据获取
     const data = `Data for ${query.key}: ${query.value}`;
     cache.set(query, data);
     return data;
   }
   
   const query1 = Record({ key: 'id', value: 123 });
   const query2 = Record({ key: 'id', value: 123 }); //  和 query1 结构和值都相同
   
   console.log(getData(query1)); //  获取数据并缓存
   console.log(getData(query2)); //  直接从缓存中获取数据，因为 query1 和 query2 相等

4. 定义领域模型： 使用 Records 来定义领域模型，可以确保数据的完整性和一致性。

   const User = Record({
       id: number,
       name: string,
       email: string,
       createdAt: Date
   });
   
   function createUser(id: number, name: string, email: string): typeof User {
       return User({
           id,
           name,
           email,
           createdAt: new Date()
       });
   }
   
   const newUser = createUser(1, "Alice", "[email protected]");
   console.log(newUser);

5. 状态管理： 在状态管理库中，使用 Records 来表示状态，可以更容易地进行状态的更新和比较。

   // 假设使用 Redux
   const initialState = Record({
     count: 0,
   });
   
   function reducer(state = initialState, action: { type: string }) {
     switch (action.type) {
       case 'INCREMENT':
         return Record({ ...state, count: state.count + 1 }); // 返回一个新的 Record
       default:
         return state;
     }
   }

五、总结：Records and Tuples 的未来展望

Records and Tuples 提案为 JavaScript 带来了一种新的数据结构，它结合了结构类型和名义类型的优点，既灵活又安全。虽然目前这个提案还处于实验阶段，但是它很有可能成为 JavaScript 未来发展的重要方向之一。

• 更强大的类型系统： Records and Tuples 可以让 JavaScript 的类型系统更加强大，可以更好地支持大型项目的开发。
• 更好的性能： 不可变性可以优化 JavaScript 引擎的性能，提高程序的运行速度。
• 更可靠的代码： 不可变性可以减少程序中的 bug，提高代码的可靠性。

当然，这个提案也存在一些挑战：

• 学习成本： 开发者需要学习新的 API 和概念。
• 与现有代码的兼容性： 需要仔细考虑如何与现有的 JavaScript 代码进行兼容。

总而言之，Records and Tuples 是一个令人兴奋的提案，它有望为 JavaScript 带来新的活力。 让我们一起期待它在未来的发展吧！ 就像期待一场精彩的“相声”表演一样！

最后，用一个表格来总结一下今天的重点：

特性	Records	Tuples	Structural Typing	Nominal Typing
数据结构	类似于对象，不可变	类似于数组，不可变
类型系统	结构类型为主	结构类型为主	主要用于值的兼容性	用于区分 Record 和 Tuple
主要用途	存储配置信息、状态管理	函数式编程、缓存键

今天的讲座就到这里，谢谢大家！ 希望大家对 Records and Tuples 和类型系统有了更深入的了解。 如果有什么问题，欢迎随时提问。