Null None Nothing

Ostatnio brałam udział w dyskusji dotyczącej wyrażania braku wartości w kodzie. Rozmowa dość szybko wygasła, skłoniła mnie jednak do pochylenia się nad tematem.

It’s a trap

W “Czystym Kodzie” zwracanie i przekazywanie null nazywane jest złą praktyką i główną operacją powodującą powstawanie błędów¹. Sam pomysłodawca null reference, Tony Hoare, mówi o niej the billion dollar mistake ².

Żeby uratować się przed NullPointerException i podobnymi potworkami w wielu językach na każdym kroku musimy sprawdzać, czy zmienna nie przechowuje wartości null. Powoduje to “nieczystość” kodu i utrudnia jego zrozumienie.

Kolejnym problemem jest znaczenie null. Przykładowo, co oznacza null przypisane do zmiennej przechowującej adres? Czy adres jest nieznany? Czy jeszcze nie został wprowadzony, a spodziewamy się, że będzie? Czy po prostu nie został jeszcze zainicjalizowany? A może null oznacza, że adres jest tajny i nie mamy możliwości odczytania go?

Tak więc jasne jest, że null może sprawiać problemy. Niewątpliwie jest jednak czymś przydatnym. Na szczęście współcześnie języki programowania udostępniają wiele sposobów na ułatwienie pracy z pustymi wartościami.

JavaScript i TypeScript

null to jedna z primitive values języka JavaScript. Reprezentuje celowy brak jakiejkolwiek wartości. Język ten posiada również inną wartość: undefined. Ona z kolei oznacza, że obiektowi jeszcze nie została przypisana wartość.

Takie rozróżnienie niweluje jeden ze wspomnianych problemów. Jeśli przykładowy adres jest undefined, to oczekuje na swoją wartość. Jeśli zaś pod adresem kryje się null, to taki brak wartości jest celowy.

Dodatkowe możliwości oferuje korzystanie z TypeScripta. Ustawienie opcji TSConfig strictNullChecks na true sprawia, że undefined i null otrzymują własne typy. Jeśli będą one używane w miejscu, gdzie oczekiwana jest konkretna wartość, zostanie wywołany TypeError.

Dart, C#, Kotlin

To języki, które oferują różne operatory ułatwiające pracę z wartościami null. Są proste i wygodne w użyciu oraz nie utrudniają zrozumienia kodu.

Zmienne w tych językach są domyślnie non-nullable, co oznacza, że nie mogą przechowywać wartości null bez naszego “pozwolenia”. Oznaczyć zmienną jako nullable możemy przez użycie dodanie ? do typu zmiennej przy jej deklaracji, np. w Darcie:

String? name

Równie przydatny jest operator ?? w Darcie i C#, ?: w Kotlinie. Jego zastosowanie wygląda tak, na przykładzie Darta:

String playerName = name ?? "Guest";

Jeśli wyrażenie po lewej stronie nie jest nullem, operator je zwróci. W przeciwnym wypadku operator zwróci wyrażenie po prawej stronie.

Języki te oferują jeszcze więcej metod na null-safety. Co ważne, są one bardzo wygodne w użyciu i mało problematyczne. Sprawiają, że pilnowanie pustych wartości staje się proste, a pojawienie się nulla w nieoczekiwanym momencie wywoła compile-time error. Dzięki temu mamy szansę na naprawienie buga przed jego wystąpieniem.

Rust i Haskell

Te języki nie mają odpowiednika null.

Rust posiada enumerator Option<T>, którego implementacja wygląda tak:

pub enum Option<T> {
    None,
    Some(T),
}

Option reprezentuje opcjonalną wartość. Option może mieć wariant Some, wtedy przechowuje wartość, lub None, kiedy jej nie przechowuje.

Użycie typu Option wymusza obsłużenie obu wariantów, gdy chcemy uzyskać dostęp do zmiennej. Tak więc jeśli gdzieś pojawi się brak wartości, to musi on zostać poprawnie obsłużony w kodzie. W ten sposób program zostaje zabezpieczony przed niespodziewanym wystąpieniem nulla.

Podobne rozwiązanie prezentuje Haskell ze swoją monadą Maybe, z wariantami Just i Nothing.

Podsumowanie

null jest problematyczny, ale współcześnie istnieje wiele narzędzi pomagających w rozwiązaniu kłopotów z nim związanych. Zaprezentowałam te, które znam, ale to na pewno nie wszystkie. Chętnie poszerzę swoją wiedzę, więc zachęcam do dzielenia się nią w komentarzach!

Powyższy post został opublikowany oryginalnie 25.05.2022 na platforme OhMyDev