Algebra Data Types，代數(shù)數(shù)據(jù)類型，是一個(gè)函數(shù)式編程中非常有趣的概念，從 java 角度來看，ADT 可以認(rèn)為是一種模式，它看著就像帶上數(shù)據(jù)的枚舉類型，似乎平平無奇，但使用代數(shù)數(shù)據(jù)類型能讓我們更好地進(jìn)行類型建模，表達(dá)更多的東西并避免運(yùn)行時(shí)異常（典型如空指針）。

問題在哪里？

考慮這樣的一個(gè)（簡化的）場景，我們要去實(shí)現(xiàn)一個(gè) TODO APP，其中每條 TODO 稱為 Task，Task 有如下性質(zhì)：

1. Task 有四種狀態(tài)：已完成，未完成

2. Task 有兩種種類：某日的 Task，某日期區(qū)間的 Task（即該 Task 在某日期區(qū)間內(nèi)都持續(xù)進(jìn)行，比如進(jìn)行三天的旅行，摸魚一個(gè)星期……）

于是，設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)庫表后，我們編寫了這樣的實(shí)體（Java 語言描述）：

Java 開發(fā)時(shí)一般來說就是這么干的（枚舉可能換成數(shù)據(jù)字典項(xiàng)啥的以節(jié)約空間，方便序列化），但這里有一個(gè)嚴(yán)重問題：

一些字段和其它字段是相互關(guān)聯(lián)的，并且這種關(guān)聯(lián)性并未在類型定義上體現(xiàn)出來，比如對(duì)于 startDate 和 endDate，其顯然在 type 為 DURATION 的時(shí)候才有意義即非 null；對(duì)于 taskDate，其只在 type 為 DAY 時(shí)有意義；對(duì)于 doneDate，其只在 status 為 DONE 時(shí)有意義……這種關(guān)聯(lián)性必須通過文檔，注釋等手段去表達(dá)。

而且，要獲取這些相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)時(shí)，必須要先對(duì) type 和 status 進(jìn)行判斷才能保證正確，但若程序員因不熟悉業(yè)務(wù)等情況忘記進(jìn)行判斷會(huì)如何？bug 可能就要出現(xiàn)了，而編譯器并管不了這個(gè)。

Java 中的 ADT

解決方案呢？我們可以讓 Task 成為一個(gè)富血對(duì)象，嚴(yán)格限制訪問域，在 getter，setter 中去實(shí)現(xiàn)約束，比如下面實(shí)現(xiàn)一個(gè) startDate 的 getter：

這能強(qiáng)迫使用者去關(guān)心相關(guān)的約束，但仍舊顯得很繁瑣，遺憾的是在 Java 添加 sealed 關(guān)鍵字和模式匹配之前，將 ADT 應(yīng)用在業(yè)務(wù)代碼上確實(shí)沒有多少合適的解決方案。

一個(gè)可能的解決方案是什么呢？我們可以把和 Task 的狀態(tài)相關(guān)的字段和這個(gè)狀態(tài)綁在一起，比如對(duì)于 TaskStatus 這個(gè)狀態(tài)，我們可以為每個(gè)情況定義相應(yīng) Class：

“帶上數(shù)據(jù)的枚舉類型”！在實(shí)際操作時(shí)，對(duì) status 就必須使用 instanceof 去判斷它的類型了，判斷后進(jìn)行類型強(qiáng)轉(zhuǎn)即可獲取其值。

但這里仍舊有一個(gè)問題：強(qiáng)轉(zhuǎn)是向下轉(zhuǎn)型，仍舊需要使用者去確定強(qiáng)轉(zhuǎn)的類型，且 IDE 不一定補(bǔ)全正確的類型，因此有一定心智負(fù)擔(dān)，且仍舊可能出錯(cuò)。

一個(gè)簡單的優(yōu)化方案是在 TaskStatus 中添加相應(yīng)方法去獲取數(shù)據(jù)：

在 Kotlin，Scala，Typescript 語言中去實(shí)現(xiàn)的 ADT 實(shí)際上在很大程度上和這種方法（模式）是一致的，但是搭配上這些語言的模式匹配功能（以及 sealed, case 等關(guān)鍵字），用起來就會(huì)順滑無比，從而真正在工程實(shí)踐中有應(yīng)用價(jià)值。

Typescript 中的 ADT

在 Typescript 中去實(shí)現(xiàn) ADT 輕而易舉，因?yàn)樗旧砭桶^的或（積 Product）類型 (|運(yùn)算符），比如上面的 TaskStatus 可以直接這么表達(dá)：

Typescript 足夠聰明，用戶只需要對(duì) _tag 進(jìn)行判斷，它就能夠知曉該數(shù)據(jù)的類型究竟是 TaskDone 還是 TaskNotDone，因此我們可以用 switch 去做簡單的模式匹配（并且輸入 case 的時(shí)候也能得到補(bǔ)全！）。

React 的 Reducer 的 Action 類型也可以看作 ADT，這時(shí)它的 type 屬性就代表它的類型：

但在這里有一個(gè)問題——這樣操作的話沒法往 ADT 上面添加方法了，這對(duì)面向?qū)ο笳Z言還是非常難受的，但仍舊可以解決，如下面的代碼實(shí)現(xiàn) Typescript 版的 Maybe：

這就舒服了。

tips: Haskell 的 ADT 類型定義類似data Maybe a = Nothing | Just a，其中 Maybe 稱為類型構(gòu)造器，Nothing 和 Just 對(duì)應(yīng)值構(gòu)造器，Maybe 對(duì)應(yīng)這里的 Optional 類型，Nothing 和 Just 對(duì)應(yīng)兩個(gè)同名函數(shù)

參考資料

《Algebraic Data Types in TypeScript》，https://www.susanpotter.net/software/algebraic-data-types-in-typescript/