PHP 8.2 DNF Types在接口设计中的应用：提升类型表达力的实践
大家好，今天我们来聊聊PHP 8.2引入的一项重要特性：DNF Types（Disjunctive Normal Form Types，析取范式类型）。这项特性极大地提升了PHP的类型表达能力，尤其是在接口设计方面，能够让我们编写更清晰、更健壮的代码。
一、理解DNF Types：消除类型推断的歧义
在深入接口设计之前，我们需要理解什么是DNF Types以及它解决了什么问题。简单来说，DNF Types允许我们使用 (A|B)&C 这样的形式来定义类型，其中：
A|B表示联合类型（Union Type），表示可以是A类型或者B类型。A&B表示交集类型（Intersection Type），表示必须同时满足A类型和B类型。()用于分组，明确优先级。
这种形式必须最终转化为析取范式，即 (A&B)|(C&D)|E 的形式，其中每个括号内都是若干个类型的交集，括号之间是联合。
为什么需要DNF Types？
在PHP 8.0和8.1中，联合类型和交集类型已经存在，但它们在使用上存在一些限制，无法表达某些复杂的类型关系。例如，考虑一个场景：我们需要一个函数参数，它必须是 Traversable 接口的实现，并且要么是 Countable 接口的实现，要么是 ArrayAccess 接口的实现。如果直接使用联合类型和交集类型，我们无法清晰地表达这个约束。
DNF Types的引入，使得我们能够更精确地表达类型约束，消除类型推断的歧义，提高代码的可读性和可维护性。
二、DNF Types的语法和语义
让我们更详细地了解DNF Types的语法和语义：
- 联合类型 (
|): 表示一个值可以是多个类型中的任何一个。 - 交集类型 (
&): 表示一个值必须同时满足多个类型。 - 分组 (
()): 用于改变运算的优先级，确保表达式按照预期的顺序进行计算。
示例：
interface A {}
interface B {}
interface C {}
interface D {}
// 联合类型：可以是 A 类型或者 B 类型
function foo(A|B $arg): void {
// ...
}
// 交集类型：必须同时实现 A 接口和 B 接口
function bar(A&B $arg): void {
// ...
}
// DNF Type：必须同时实现 A 和 B 接口，或者实现 C 接口
function baz((A&B)|C $arg): void {
// ...
}
// 也可以写成等价的形式： (A&B)|C
function qux((A & B) | C $arg): void
{
// ...
}
// 错误示例：不能使用非 DNF 形式的类型声明
// function invalid(A|(B&C) $arg): void {} // Fatal error三、DNF Types在接口设计中的应用场景
DNF Types在接口设计中有很多应用场景，可以帮助我们定义更灵活、更强大的接口。
1. 更精确的参数类型约束
我们可以使用 DNF Types 来约束接口方法的参数类型，使其能够接受多种类型的组合。
interface Processor {
/**
* 处理数据，数据可以是字符串或者实现了 Stringable 接口的对象，
* 并且必须实现 Serializable 接口。
*
* @param (string|Stringable)&Serializable $data
* @return mixed
*/
public function process((string|Stringable)&Serializable $data): mixed;
}
class MyData implements Stringable, Serializable {
private string $data;
public function __construct(string $data) {
$this->data = $data;
}
public function __toString(): string {
return $this->data;
}
public function serialize(): string {
return serialize($this->data);
}
public function unserialize(string $serialized): void {
$this->data = unserialize($serialized);
}
}
class StringProcessor implements Processor {
public function process((string|Stringable)&Serializable $data): mixed {
// 将数据转换为字符串并进行处理
return "Processed: " . (string)$data;
}
}
$processor = new StringProcessor();
$data = new MyData("Hello, DNF Types!");
echo $processor->process($data); // 输出: Processed: Hello, DNF Types!
echo "n";在这个例子中，Processor 接口的 process 方法接受一个参数 $data，它的类型约束是 (string|Stringable)&Serializable。这意味着 $data 必须同时实现 Serializable 接口，并且要么是字符串类型，要么是实现了 Stringable 接口的对象。
2. 更灵活的返回值类型定义
DNF Types 也可以用于定义接口方法的返回值类型，使其能够返回多种类型的组合。
interface DataProvider {
/**
* 获取数据，数据可以是数组或者实现了 IteratorAggregate 接口的对象，
* 并且如果数据获取失败，可以返回 null。
*
* @return (array|IteratorAggregate)|null
*/
public function getData(): ?(array|IteratorAggregate);
}
class ArrayDataProvider implements DataProvider {
private array $data;
public function __construct(array $data) {
$this->data = $data;
}
public function getData(): ?(array|IteratorAggregate) {
return $this->data;
}
}
class NullDataProvider implements DataProvider {
public function getData(): ?(array|IteratorAggregate) {
return null;
}
}
$arrayDataProvider = new ArrayDataProvider([1, 2, 3]);
$data = $arrayDataProvider->getData();
if (is_array($data)) {
print_r($data); // 输出数组
}
$nullDataProvider = new NullDataProvider();
$data = $nullDataProvider->getData();
if ($data === null) {
echo "Data is null.n";
}在这个例子中，DataProvider 接口的 getData 方法的返回值类型是 ?(array|IteratorAggregate)。这意味着 getData 方法可以返回一个数组、一个实现了 IteratorAggregate 接口的对象，或者 null。
3. 组合多个接口，实现更复杂的行为
DNF Types 可以用于组合多个接口，从而实现更复杂的行为。例如，我们可以定义一个接口，它同时需要实现 JsonSerializable 接口和 ArrayAccess 接口，以便能够将对象序列化为 JSON 格式，并且能够像数组一样访问对象的属性。
interface JsonArrayAccess extends JsonSerializable, ArrayAccess {}
class MyObject implements JsonArrayAccess {
private array $data;
public function __construct(array $data) {
$this->data = $data;
}
public function jsonSerialize(): mixed {
return $this->data;
}
public function offsetExists(mixed $offset): bool {
return isset($this->data[$offset]);
}
public function offsetGet(mixed $offset): mixed {
return $this->data[$offset] ?? null;
}
public function offsetSet(mixed $offset, mixed $value): void {
$this->data[$offset] = $value;
}
public function offsetUnset(mixed $offset): void {
unset($this->data[$offset]);
}
}
$object = new MyObject(['name' => 'John', 'age' => 30]);
// 序列化为 JSON
echo json_encode($object) . "n"; // 输出: {"name":"John","age":30}
// 像数组一样访问属性
echo $object['name'] . "n"; // 输出: John在这个例子中，JsonArrayAccess 接口继承了 JsonSerializable 接口和 ArrayAccess 接口。MyObject 类实现了 JsonArrayAccess 接口，因此它既可以序列化为 JSON 格式，又可以像数组一样访问属性。
4. 处理不同类型的集合
假设我们需要一个函数，它可以接收一个包含数字或者字符串的集合，并对集合中的每个元素进行处理。我们可以使用 DNF Types 来定义这个函数的参数类型。
/**
* 处理数字或者字符串的集合
*
* @param array<int, int|string> $collection
* @return void
*/
function processCollection(array $collection): void {
foreach ($collection as $item) {
if (is_int($item)) {
echo "Processing integer: " . $item . "n";
} elseif (is_string($item)) {
echo "Processing string: " . $item . "n";
} else {
echo "Unknown type: " . gettype($item) . "n";
}
}
}
$numbers = [1, 2, 3];
$strings = ["a", "b", "c"];
$mixed = [1, "a", 2, "b"];
processCollection($numbers);
processCollection($strings);
processCollection($mixed);在这个例子中，processCollection 函数接受一个数组 $collection，它的类型约束是 array<int, int|string>。这意味着 $collection 是一个数组，它的键是整数类型，值是整数类型或者字符串类型。
四、使用场景示例：数据验证器接口
让我们考虑一个更实际的例子：设计一个数据验证器接口。我们希望这个接口能够验证不同类型的数据，例如字符串、整数、浮点数、数组等等。同时，我们希望能够组合多个验证规则，例如必填、最小长度、最大长度、正则表达式等等。
interface Validator {
/**
* 验证数据
*
* @param mixed $data 要验证的数据
* @return bool 如果数据有效则返回 true，否则返回 false
*/
public function validate(mixed $data): bool;
/**
* 获取错误消息
*
* @return array 错误消息数组
*/
public function getErrors(): array;
}
interface StringValidator extends Validator {
/**
* 设置最小长度
*
* @param int $minLength
* @return $this
*/
public function setMinLength(int $minLength): static;
/**
* 设置最大长度
*
* @param int $maxLength
* @return $this
*/
public function setMaxLength(int $maxLength): static;
/**
* 设置正则表达式
*
* @param string $pattern
* @return $this
*/
public function setPattern(string $pattern): static;
}
interface IntegerValidator extends Validator {
/**
* 设置最小值
*
* @param int $minValue
* @return $this
*/
public function setMinValue(int $minValue): static;
/**
* 设置最大值
*
* @param int $maxValue
* @return $this
*/
public function setMaxValue(int $maxValue): static;
}
// 使用 DNF Types 组合多个验证器
interface Validatable {
/**
* 获取验证器，验证器可以是 StringValidator 或者 IntegerValidator
*
* @return StringValidator|IntegerValidator
*/
public function getValidator(): StringValidator|IntegerValidator;
}
class User {
private string $name;
private int $age;
public function __construct(string $name, int $age) {
$this->name = $name;
$this->age = $age;
}
public function getName(): string {
return $this->name;
}
public function getAge(): int {
return $this->age;
}
}
class UserNameValidator implements StringValidator {
private int $minLength = 0;
private int $maxLength = PHP_INT_MAX;
private string $pattern = '/.*/';
private array $errors = [];
public function setMinLength(int $minLength): static {
$this->minLength = $minLength;
return $this;
}
public function setMaxLength(int $maxLength): static {
$this->maxLength = $maxLength;
return $this;
}
public function setPattern(string $pattern): static {
$this->pattern = $pattern;
return $this;
}
public function validate(mixed $data): bool {
if (!is_string($data)) {
$this->errors[] = "Name must be a string.";
return false;
}
$length = strlen($data);
if ($length < $this->minLength) {
$this->errors[] = "Name must be at least {$this->minLength} characters long.";
return false;
}
if ($length > $this->maxLength) {
$this->errors[] = "Name must be no more than {$this->maxLength} characters long.";
return false;
}
if (!preg_match($this->pattern, $data)) {
$this->errors[] = "Name is invalid.";
return false;
}
return true;
}
public function getErrors(): array {
return $this->errors;
}
}
class UserAgeValidator implements IntegerValidator {
private int $minValue = 0;
private int $maxValue = PHP_INT_MAX;
private array $errors = [];
public function setMinValue(int $minValue): static {
$this->minValue = $minValue;
return $this;
}
public function setMaxValue(int $maxValue): static {
$this->maxValue = $maxValue;
return $this;
}
public function validate(mixed $data): bool {
if (!is_int($data)) {
$this->errors[] = "Age must be an integer.";
return false;
}
if ($data < $this->minValue) {
$this->errors[] = "Age must be at least {$this->minValue}.";
return false;
}
if ($data > $this->maxValue) {
$this->errors[] = "Age must be no more than {$this->maxValue}.";
return false;
}
return true;
}
public function getErrors(): array {
return $this->errors;
}
}
class ValidatableUser implements Validatable {
private User $user;
private StringValidator $nameValidator;
private IntegerValidator $ageValidator;
public function __construct(User $user, StringValidator $nameValidator, IntegerValidator $ageValidator) {
$this->user = $user;
$this->nameValidator = $nameValidator;
$this->ageValidator = $ageValidator;
}
public function getNameValidator(): StringValidator {
return $this->nameValidator;
}
public function getAgeValidator(): IntegerValidator {
return $this->ageValidator;
}
public function validateName(): bool {
return $this->nameValidator->validate($this->user->getName());
}
public function validateAge(): bool {
return $this->ageValidator->validate($this->user->getAge());
}
}在这个例子中，我们定义了 Validator 接口、StringValidator 接口和 IntegerValidator 接口。StringValidator 接口用于验证字符串类型的数据，IntegerValidator 接口用于验证整数类型的数据。
Validatable 接口定义了一个 getValidator 方法，该方法返回一个 StringValidator 对象或者一个 IntegerValidator 对象。我们使用 DNF Types 来定义 getValidator 方法的返回值类型：StringValidator|IntegerValidator。
ValidatableUser 类实现了 Validatable 接口，并使用 UserNameValidator 和 UserAgeValidator 来验证用户的姓名和年龄。
五、DNF Types的限制和注意事项
虽然 DNF Types 提供了强大的类型表达能力，但它也存在一些限制和注意事项：
- 只能使用 DNF 形式的类型声明: 类型声明必须能够转换为析取范式
(A&B)|(C&D)|E，否则会抛出Fatal error。 - 性能: 复杂的 DNF Types 可能会影响性能，因为类型检查需要更多的时间。因此，应该尽量避免使用过于复杂的 DNF Types。
- 可读性: 虽然 DNF Types 可以提高类型表达能力，但也可能降低代码的可读性。因此，应该权衡类型表达能力和代码可读性，选择合适的类型声明方式。
六、总结一下今天的内容
今天我们深入探讨了PHP 8.2引入的DNF Types特性，学习了它的语法、语义和应用场景。通过实际的例子，我们展示了 DNF Types 如何在接口设计中提升类型表达能力，使代码更加清晰、健壮。虽然 DNF Types 存在一些限制和注意事项，但它仍然是一项非常有价值的特性，值得我们在实际开发中积极应用。
七、让类型声明更精确，让接口设计更灵活
DNF Types的引入使得我们可以更精确地定义接口的输入和输出，从而实现更灵活、更强大的接口设计。合理地使用DNF Types，能够显著提高代码的可读性和可维护性，减少潜在的错误。