Expr语言中未知类型(UNKNOWN)的设计与实现探讨

Expr语言作为一种表达式求值引擎，在实际应用中经常会遇到需要处理未知值的情况。本文将深入探讨Expr语言中未知类型(UNKNOWN)的设计思路、实现方案以及应用场景。

未知类型的背景与需求

在实际开发中，我们经常需要进行"干运行"(dry-run)计算，即在不知道某些具体值的情况下预估表达式的行为。传统做法使用nil或默认值会带来问题，因为这些值可能改变表达式的实际行为逻辑。

例如，在表达式foo ?? download(bar)中，如果使用nil作为foo的模拟值，会导致实际不需要执行的download操作被触发。这种情况下，我们需要一种能够表示"值存在但未知"的特殊类型。

未知类型的设计方案

Expr社区提出了两种未知类型的设计：

1. UNKNOWN - 表示完全未知的值
2. UNKNOWN_NOT_NIL - 表示已知不为nil但具体值未知

这两种类型的关键特性是能够在计算过程中传播其"未知性"，同时保持与现有类型的兼容性。当这些值参与运算时，结果也会继承未知特性。

技术实现考量

实现未知类型需要考虑几个关键问题：

1. 类型系统集成：如何将未知类型无缝集成到现有类型系统中
2. 运算传播规则：定义未知值参与各种运算时的行为
3. 控制流影响：处理条件判断中包含未知值的情况

特别值得注意的是布尔运算的处理。例如IsEqual(unknown, unknown)应该返回什么？直接返回unknown可能会破坏控制流，而返回false则可能引入逻辑偏差。

实际应用场景

未知类型的主要应用场景包括：

1. 成本预估：在调用付费API前预估总成本
2. 依赖分析：分析表达式中的数据依赖关系
3. 安全检查：验证表达式是否可能访问危险资源

Expr核心开发者提到正在开发一个相关功能：为每个字段/数组/函数分配成本值，然后计算表达式的预估总成本。例如：

download() = 100
arr = 10

对于表达式map(arr, download(#)) + map(arr, download(#))，预估成本为10*100 + 10*100 = 2000。

未来发展方向

Expr语言已经在其类型检查器中加入了unknown支持，通过expr.AllowUndefinedVariables()选项可以让所有未知变量保持unknown状态。未来可能会在类型系统中正式引入UNKNOWN类型，为开发者提供更强大的静态分析能力。

这种设计不仅解决了干运行的问题，还为表达式分析开辟了新的可能性，如更精确的副作用分析、资源消耗预估等高级功能。