Der Builder, der zählen konnte


In letzter Zeit habe ich mit Kotlin herumexperimentiert und bin begeistert, welche DSLs damit möglich sind. Das typsichere Builder-Pattern hatte ich hier schon öfter diskutiert, heute soll es zählen lernen. Eine Polygon-Klasse ist ein guter Kandidat für eine Beispielanwendung, denn so richtig „polygon“ ist es erst, wenn es mindestens drei Punkte hat. Starten wir also mit einer entsprechenden Klasse:

import javafx.geometry.Point2D
import javafx.scene.paint.Color

data class Polygon(val color: Color, val points: List)

Wir werden uns jetzt einen Builder schreiben, der dieses DSL erlaubt:

val polygon = builder()
            .withFirstPoint(3.0, 4.0)
            .withColor(Color.AQUA)
            .withSecondPoint(4.0, 7.0)
            .withThirdPoint(1.0, 3.0)
            .withPoint(6.0, 7.5)
            .withPoint(9.0, 2.0)
            .build()

Die Farbe kann an beliebiger Stelle gesetzt werden, und ist erforderlich. Der Aufruf von build() ist auch erst dann möglich, wenn mindestens drei Punkte gesetzt sind. Um die unterschiedliche Benennung der with???Point-Methoden kommen wir leider nicht herum, denn gegen Type-Erasure ist auch Kotlin machtlos.

Für die Farb-Variable benötigen wir ein Interface, wie wir es bereits von den vorigen Beispielen kennen:

interface Value<T>

data class With<T>(val value: T) : Value<T>

class Without<T> : Value<T>

Das Zählen der Punkte übernimmt ein weiteres Interface:

interface Counted

interface None : Counted

interface One : Counted

interface Two : Counted

interface ThreeOrMore : Counted

Nun können wir die Builder-Klasse schreiben:

class Builder<out V : Value<Color>, C : Counted>(val color: V, val points: List<Point2D>) {
    fun withColor(c: Color) = Builder<With<Color>, C>(With(c), points)
}

Moment mal, das ist ein bisschen wenig, oder? Stimmt, die geheime Soße fehlt noch, und zwar in Form von Extension-Methoden:

fun builder() = Builder<Without<Color>, None>(Without(), listOf())

fun <V : Value<Color>> Builder<V, None>.withFirstPoint(x: Double, y: Double) =
        Builder<V, One>(this.color, this.points + Point2D(x, y))

fun <V : Value<Color>> Builder<V, One>.withSecondPoint(x: Double, y: Double) =
        Builder<V, Two>(this.color, this.points + Point2D(x, y))

fun <V : Value<Color>> Builder<V, Two>.withThirdPoint(x: Double, y: Double) =
        Builder<V, ThreeOrMore>(this.color, this.points + Point2D(x, y))

fun <V : Value<Color>> Builder<V, ThreeOrMore>.withPoint(x: Double, y: Double) =
        Builder<V, ThreeOrMore>(this.color, this.points + Point2D(x, y))

fun Builder<With<Color>, ThreeOrMore>.build() = 
        Polygon(this.color.value, this.points)

Man kann sehr schön sehen, wie hier „mitgezählt“ wird. Natürlich wäre es noch schöner, wenn man alle Methoden withPoint nennen könnte, aber wie gesagt macht uns hier Type Erasure einen Strich durch die Rechnung.

Einen Schönheitsfehler hat das Ganze noch: Entgegen der Dokumentation war es mir nicht möglich, den Konstruktor von Builder private zu machen, die Extension-Methoden bekamen keinen Zugriff darauf, obwohl sie in der gleichen Datei standen.

Type-Level-Programming-Techniken wie die hier gezeigten sind nicht nur für Builder, sondern für alle möglichen DSLs interessant. Counted ist ein sogenannter Phantom-Typ, der niemals reale Werte hat, sondern nur dazu dient, zusätzliche „Garantien“ für einen Typ zu codieren. So könnte man SQL-Abfragen, die von einem Client kommen, mit einem Phantom-Typ versehen, der anzeigt, ob man sie schon auf SQL-Injection-Versuche getestet hat oder nicht – und dann kann man diesen Test nicht mehr vergessen, egal wo solche Werte im System herumschwirren.

So, das war jetzt nach – ahäm – längerer Pause endlich wieder mal ein Beitrag, und es hat Spaß gemacht, ihn zu schreiben. Ich denke, ich sollte wieder ein bisschen regelmäßiger bloggen…

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