rust-type-driven

如何让编译器在编译期捕获更多错误？

类型设计得好，运行时错误就少。

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Newtype 模式

```rust

// ❌ 原始类型容易被混淆

struct UserId(u64);

struct OrderId(u64);

// ✅ 类型安全：无法混用

fn get_user(user_id: UserId) { ... }

fn get_order(order_id: OrderId) { ... }

// 编译器会阻止：

// get_order(user_id); // 编译错误！

```

类型状态模式 (Type State)

```rust

// 用类型编码状态

struct Disconnected;

struct Connecting;

struct Connected;

struct Connection {

socket: TcpSocket,

_state: PhantomData,

}

impl Connection {

fn connect(self) -> Connection {

// ...

Connection { socket: self.socket, _state: PhantomData }

}

}

impl Connection {

fn send(&mut self, data: &[u8]) {

// 只有 Connected 状态可以发送

}

}

```

PhantomData

```rust

// 用 PhantomData 标记所有权和方差

struct MyIterator<'a, T> {

_marker: PhantomData<&'a T>,

}

// 告诉编译器：我们借用了一个 T 的生命周期

```

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```rust

// ❌ 容易创建无效状态

struct User {

name: String,

email: Option, // 可能为空

age: u32,

}

// ✅ email 不可能为空

struct User {

name: String,

email: Email, // 类型保证有效

age: u32,

}

struct Email(String);

impl Email {

fn new(s: &str) -> Option {

if s.contains('@') {

Some(Email(s.to_string()))

} else {

None

}

}

}

```

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```rust

struct ConfigBuilder {

host: String,

port: u16,

timeout: u64,

retries: u32,

}

impl ConfigBuilder {

fn new() -> Self {

Self {

host: "localhost".to_string(),

port: 8080,

timeout: 30,

retries: 3,

}

}

fn host(mut self, host: impl Into) -> Self {

self.host = host.into();

self

}

fn port(mut self, port: u16) -> Self {

self.port = port;

self

}

fn build(self) -> Config {

// 可以在这里做最终验证

Config {

host: self.host,

port: self.port,

}

}

}

```

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```rust

// 用 marker trait 标记能力

trait Sendable: Send + 'static {}

// 或用 marker 做类型约束

struct Cache {

data: T,

}

trait Cacheable: Send + Sync {}

```

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```rust

// 用 ZST 做标记

struct DebugOnly;

struct Always;

// 只在 debug 模式执行的代码

struct DebugLogger {

_marker: PhantomData,

}

impl DebugLogger {

fn log(&self, msg: &str) {

println!("[DEBUG] {}", msg);

}

}

```

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| 反模式 | 问题 | 改进 |

|-------|------|-----|

| is_valid 标志 | 运行时检查 | 用类型编码状态 |

| 大量 Option | 可能为空 | 重新设计类型 |

| 原始类型 everywhere | 类型混淆 | Newtype |

| 验证在运行时 | 延迟错误发现 | 构造函数验证 |

| 布尔参数 | 含义不清 | 用枚举或 builder |

---

| 验证类型 | 最佳时机 | 示例 |

|---------|---------|-----|

| 范围验证 | 构造时 | Email::new() 返回 Option |

| 状态转换 | 类型边界 | Connection |

| 引用有效性 | 生命周期 | &'a T |

| 线程安全 | Send + Sync | 编译器检查 |