历史上的今天：编程语言中null引用的十亿美元错误 / 四六文摘

这是Jerry 2021年的第 10 篇文章，也是汪子熙公众号总共第 281 篇原创文章。

今天是2021年1月17日，星期日，腊月初五。

Jerry之前收到CSDN社区赠送的新年礼物，一本台历：《了不起的程序员》，

其中1月16日，17日两天的篇幅，都在介绍托尼·霍尔(Tony Hoare), 计算机科学家，因程序设计语言定义与设计方面的杰出贡献获得1980年的图灵奖。快速排序算法的发明者。

如果想查看用ABAP实现的8种排序算法的源代码，可以查看Jerry之前的文章：

本文不会讨论霍尔发明的快速排序算法，而是介绍另一个来自霍尔，如今仍然被程序员在编程语言中广泛使用的一个设计：null引用。

null引用被霍尔称为"十亿美元错误"，是霍尔1965年设计ALGOL W语言时提出的。

《Java实战》中提到，在Java程序开发中使用null会带来理论和实际操作上的种种问题：

霍尔的名言：

我把它叫做我的“十亿美元错误”，就是在1965年发明了空引用...... 我无法抵挡放进一个空引用的诱惑，仅仅是因为实现起来非常容易。

引入了空引用的编程语言，在访问引用之前，需要显式检查引用是否有效。

Java

下图第46行代码定义的print方法，输入参数是一个类型为Integer的引用。在调用引用之前，需要先判断其是否是空引用，否则程序执行时就会出现运行时异常。

ABAP

使用CHECK X IS NOT INITIAL进行防御，如果X为空引用，则不会执行CHECK语句的下一条语句。

严谨的德国人，在霍尔教授null引用的基础上，又设计出IS BOUND, IS NOT INITIAL和IS ASSIGNED这几种判断逻辑：

JavaScript

第10行的print方法内部，用&&操作符的短路逻辑(short-circuit)特性来实现空引用的检测：如果传入的oPrinter是空引用，则不会执行&&后面的print调用。

而TypeScript提供的可选链(Optional Chaining)，则可以在语言层面优雅地避免这个问题。

下面的TypeScript代码，使用问号构造了一个可选链。如果a为空，则表达式a?.b直接返回undefined给变量val，而不会试图去执行a.b

上图TypeScript代码，编译之后生成的JavaScript代码如下图所示，我们可以把TypeScript的可选链看成JavaScript用三元表达式实现的语法糖。

为了减轻Java程序员每次使用引用之前，显式进行非空检查的工作量，Java 8引入了一个新的工具类：Optional.

Optional仅仅是一个不含任何业务逻辑的包裹类，其value字段指向了真正的业务类。

下图是一个使用Optional工具类的例子，第11行的filter方法，传入的是一个通过Lambda Function实现的过滤条件。这行语句的语义是，对anotherName包含的字符串，进行过滤操作，检查another实例的value字段存储的引用，是否满足过滤条件(字符串长度小于6)：

Optional.filter方法，无论过滤条件是否满足，返回的类型均为Optional，便于链式调用。

我第10行传入Optional对象的字符串，显然长度远远大于6，所以filter方法返回一个新的Optional对象，其value字段为null.

对于filter调用返回的Optional对象，我们可以继续调用orElse，设置一个默认值。下图第14行用orElse实现的逻辑，语义是：如果shortName包裹的value字段为空，则返回orElse方法传入的默认值。

Java 8的Optional工具类并不像TypeScript的可选链一样，后者是语言层面提供的特性，而Optional仅仅是开发包里的一个工具类。

比如Optional的静态方法of，其实现仅仅是新建一个Optional对象，去包裹传入的value引用：

orElse方法，内部实现也是一个简单的三元表达式。

看这样一个极端的例子：

Outer类有一个字段nested，类型为Nested类。Nested类有一个字段inner，类型为Inner类。Inner类包含了字段foo，类型为String，值为Jerry：

如果想从Outer类的实例出发，写一段比较健壮的代码，打印出深藏在Inner类里的foo字段，常规的写法和使用Optional的写法分别位于下图test1和test2方法，大家可以比较下，更喜欢哪一种？

值得一提的是，类似Java Optional.orElse方法，在ABAP里也存在基于语言层面的支持。

下图是ABAP 740的新语法：

上面的新语法，翻译成传统的ABAP代码如下：

由此可见，新的ABAP内表读取的语法比较简洁，能少写3行代码。

但是新语法有一个缺陷：如果it_data内表，不存在object_ext的值为cl_crm_prodil_bo_names=>gc_prod_root的记录，此时程序执行会被终止，抛出异常CX_SY_ITAB_LINE_NOT_FOUND：

当然针对这种情况，ABAP也有对应的解决方案。

下图测试代码第17行会抛出异常，而19行不会。从语义上容易理解：如果内表lt_data里不存在name为Spring2的记录，则返回开发者使用DEFAULT VALUE关键字指定的一个结构，作为默认值。

第19行执行完毕后，结构ls3的name字段为SpringInvalid, value为999.

本文从霍尔教授1965年提出的null引用作为切入点，向大家分享了Jerry工作中同空引用打交道的一些经历，感谢阅读。

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