C# 如何强制字段/属性表示某种类型的物理量？

在某些类型的代码（例如模拟/游戏/优化）中，存储、操纵和显示对象的许多物理量/属性（位置、速度、距离、面积、体积、时间、时差）。在这些类型的代码中，所有这些量通常用浮点数表示，即c#中的双精度数

这允许您将时间添加到距离，将面积添加到体积，将时间添加到时间，将位置添加到位置

但你永远不想这么做。您只需要将时间差添加到时间，将距离添加到其他距离或位置，并将面积与距离相乘。尽管如此，还是很容易出错，特别是当其他人编写代码时

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有许多方法可以缓解这种危险。您可以定义表示各种物理量的自定义类，然后以编程方式禁止某些类型的交互。或者您遵守严格的命名约定（例如延迟时差）。在什么情况下（如果有的话），这两个选项中哪一个是最好的？如何实现第一个选项？如何为第二个选项命名

通常使用第二个选项，但更多是为了方便。命名成为一个问题，让你清楚地知道你在处理什么，即：命名属性

区域

和

卷

，但即便如此，还是有一个单位问题

您可以通过创建一整套自定义类（或不可变结构类型）来处理第一种情况，以处理每种不同的组合，这可以很好地工作，但会使代码更加麻烦。框架中的

DateTime

struct就是一个很好的例子——在其核心，它基本上只是一个长整型值，但它被包装到一个struct中，以防止它被用作时间上的某个时刻

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请注意，其他语言也有这样的选项—例如，F允许在语言级别处理，但C中不以任何方式支持这一点。

我认为最好将它们实现为结构，而不是类，因为它们是值类型。您需要执行运算符重载，以确保针对相同类型和不同类型的其他结构可以使用适当的运算符。您可能还希望重载ToString函数以输出标量值，可能需要使用单位

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您还可以创建用于创建其他结构向量的通用结构-这些结构可以是二维（x和y属性）、三维（x、y和z属性）或N维（值数组）。这些结构还可以使用适当的运算符重载来执行向量计算。如果你做得正确，这将是一种与数据交互的非常自然的方式。

你所描述的两个选项都是可行的，但它们都有缺点。第一个选项会导致太多的类（然后需要定义很多关系），第二个选项很容易出错

一个更好的选择是创建一个自定义类，它既封装了一个浮点数，也封装了一个单元及其多重性的列表。例如，每秒1米可能变成{n=1，类型={length:1，time:-1}。然后，您可以强制执行，除非数字的单位相同，否则不能对其进行比较、添加或减去。乘法和除法将匹配类型的多样性相加

例如

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相对“最简单”的方法是检查所需的计算，然后可能与C#进行互操作，我不知道有什么简单的方法可以只在C#中完成。只需补充：F#的单位不会导出到生成的程序集，所以使用此功能的唯一方法是将所有相关代码保留在F#中。@BrianRasmussen是的，这就是为什么我真的说“在C#中不受任何支持”-如果您完全停留在F#领域内，这是很好的，但一旦您尝试进行互操作，它就毫无用处了：（还值得指出的是，您可以使用运算符重载智能地返回相关类型。在物理库中，您可以重载运算符，例如，将位移1d除以时间返回速度1d，将位移2d除以时间返回速度2d，将位移3d除以时间返回速度3d，将速度xd除以时间返回加速度1drationXD，乘以质量返回力等。这是一种非常有用的方法，可以在某些系统中的计算中添加额外的双重检查。我同意structs的观点，并重载操作。这就允许出现类似jleahy所描述的场景，其中可以将速度乘以时间跨度，得到距离这最大的好处是编译时类型检查。

1 m/s * 4 seconds = 4 meters
{n=1, types={length:1, time:-1}} * {n=4, types={time:1}} = {n=4, types={length:1,time:0}}