TypeScript Assertion Signatures: Laufzeit-Typvalidierung für robusten Code

TypeScript bietet eine ausgezeichnete statische Typüberprüfung während der Entwicklung und fängt potenzielle Fehler vor der Laufzeit ab. Manchmal müssen Sie jedoch die Typsicherheit zur Laufzeit gewährleisten. Hier kommen Assertion Signatures ins Spiel. Sie ermöglichen es Ihnen, Funktionen zu definieren, die nicht nur den Typ eines Wertes überprüfen, sondern TypeScript auch darüber informieren, dass der Typ des Wertes basierend auf dem Ergebnis der Überprüfung eingeschränkt wurde.

Was sind Assertion Signatures?

Eine Assertion Signature ist ein spezieller Funktionstyp in TypeScript, der das Schlüsselwort asserts verwendet. Sie teilt TypeScript mit, dass, wenn die Funktion ohne das Auslösen eines Fehlers zurückkehrt, eine bestimmte Bedingung über den Typ eines Arguments garantiert wahr ist. Dies ermöglicht es Ihnen, Typen auf eine Weise zu verfeinern, die der Compiler versteht, selbst wenn er den Typ nicht automatisch anhand des Codes ableiten kann.

Die grundlegende Syntax lautet:

            function assertsCondition(argument: Type): asserts argument is NarrowedType {
  // ... Implementierung, die die Bedingung prüft und einen Fehler auslöst, wenn sie falsch ist ...
}

            

              
                Copy
              
            
          

• assertsCondition: Der Name Ihrer Funktion.
• argument: Type: Das Argument, dessen Typ Sie überprüfen möchten.
• asserts argument is NarrowedType: Dies ist die Assertion Signature. Sie teilt TypeScript mit, dass, wenn assertsCondition(argument) ohne das Auslösen eines Fehlers zurückkehrt, TypeScript argument als vom Typ NarrowedType behandeln kann.

Warum Assertion Signatures verwenden?

Assertion Signatures bieten mehrere Vorteile:

• Laufzeit-Typvalidierung: Sie ermöglichen es Ihnen, den Typ eines Wertes zur Laufzeit zu validieren und so unerwartete Fehler zu vermeiden, die durch inkorrekte Daten entstehen könnten.
• Verbesserte Codesicherheit: Durch die Durchsetzung von Typbeschränkungen zur Laufzeit können Sie das Risiko von Fehlern reduzieren und die Gesamtzuverlässigkeit Ihres Codes verbessern.
• Type Narrowing: Assertion Signatures ermöglichen es TypeScript, den Typ einer Variablen basierend auf dem Ergebnis einer Laufzeitüberprüfung einzugrenzen, was eine präzisere Typüberprüfung im nachfolgenden Code ermöglicht.
• Verbesserte Code-Lesbarkeit: Sie machen Ihren Code expliziter in Bezug auf die erwarteten Typen, was das Verständnis und die Wartung erleichtert.

Praktische Beispiele

Beispiel 1: Überprüfung auf einen String

Erstellen wir eine Funktion, die bestätigt, dass ein Wert ein String ist. Wenn es kein String ist, wird ein Fehler ausgelöst.

            function assertIsString(value: any): asserts value is string {
  if (typeof value !== 'string') {
    throw new Error(`Expected a string, but received ${typeof value}`);
  }
}

function processString(input: any) {
  assertIsString(input);
  // TypeScript weiß jetzt, dass 'input' ein String ist
  console.log(input.toUpperCase());
}

processString("hello"); // Funktioniert einwandfrei
// processString(123); // Löst zur Laufzeit einen Fehler aus

            

              
                Copy
              
            
          

In diesem Beispiel überprüft assertIsString, ob der Eingabewert ein String ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird ein Fehler ausgelöst. Wenn er ohne das Auslösen eines Fehlers zurückkehrt, weiß TypeScript, dass input ein String ist, sodass Sie sicher String-Methoden wie toUpperCase() aufrufen können.

Beispiel 2: Überprüfung auf eine bestimmte Objektstruktur

Angenommen, Sie arbeiten mit Daten, die von einer API abgerufen wurden, und Sie möchten sicherstellen, dass sie einer bestimmten Objektstruktur entsprechen, bevor Sie sie verarbeiten. Nehmen wir an, Sie erwarten ein Objekt mit den Eigenschaften name (String) und age (Nummer).

            interface Person {
  name: string;
  age: number;
}

function assertIsPerson(value: any): asserts value is Person {
  if (typeof value !== 'object' || value === null) {
    throw new Error(`Expected an object, but received ${typeof value}`);
  }

  if (!('name' in value) || typeof value.name !== 'string') {
    throw new Error(`Expected a string 'name' property`);
  }

  if (!('age' in value) || typeof value.age !== 'number') {
    throw new Error(`Expected a number 'age' property`);
  }
}

function processPerson(data: any) {
  assertIsPerson(data);
  // TypeScript weiß jetzt, dass 'data' eine Person ist
  console.log(`Name: ${data.name}, Age: ${data.age}`);
}

processPerson({ name: "Alice", age: 30 }); // Funktioniert einwandfrei
// processPerson({ name: "Bob", age: "30" }); // Löst zur Laufzeit einen Fehler aus
// processPerson({ name: "Charlie" }); // Löst zur Laufzeit einen Fehler aus

            

              
                Copy
              
            
          

Hier überprüft assertIsPerson, ob der Eingabewert ein Objekt mit den erforderlichen Eigenschaften und Typen ist. Wenn eine Überprüfung fehlschlägt, wird ein Fehler ausgelöst. Andernfalls behandelt TypeScript data als ein Person-Objekt.

Beispiel 3: Überprüfung auf einen bestimmten Enum-Wert

Betrachten Sie ein Enum, das verschiedene Bestellstatus darstellt.

            enum OrderStatus {
  PENDING = "PENDING",
  PROCESSING = "PROCESSING",
  SHIPPED = "SHIPPED",
  DELIVERED = "DELIVERED",
}

function assertIsOrderStatus(value: any): asserts value is OrderStatus {
  if (!Object.values(OrderStatus).includes(value)) {
    throw new Error(`Expected OrderStatus, but received ${value}`);
  }
}

function processOrder(status: any) {
  assertIsOrderStatus(status);
  // TypeScript weiß jetzt, dass 'status' ein OrderStatus ist
  console.log(`Order status: ${status}`);
}

processOrder(OrderStatus.SHIPPED); // Funktioniert einwandfrei
// processOrder("CANCELLED"); // Löst zur Laufzeit einen Fehler aus

            

              
                Copy
              
            
          

In diesem Beispiel stellt assertIsOrderStatus sicher, dass der Eingabewert ein gültiger OrderStatus-Enum-Wert ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird ein Fehler ausgelöst. Dies hilft zu verhindern, dass ungültige Bestellstatus verarbeitet werden.

Beispiel 4: Verwenden von Typprädikaten mit Assertion-Funktionen

Es ist möglich, Typprädikate und Assertion-Funktionen für mehr Flexibilität zu kombinieren.

            function isString(value: any): value is string {
    return typeof value === 'string';
}

function assertString(value: any): asserts value is string {
    if (!isString(value)) {
        throw new Error(`Expected a string, but received ${typeof value}`);
    }
}

function processValue(input: any) {
    assertString(input);
    console.log(input.toUpperCase());
}

processValue("TypeScript"); // Funktioniert
// processValue(123); // Wirft einen Fehler

            

              
                Copy
              
            
          

Best Practices

• Assertionen kurz halten: Konzentrieren Sie sich auf die Validierung der wesentlichen Eigenschaften oder Bedingungen, die für die korrekte Funktion Ihres Codes erforderlich sind. Vermeiden Sie übermäßig komplexe Assertionen, die Ihre Anwendung verlangsamen könnten.
• Klare Fehlermeldungen bereitstellen: Fügen Sie informative Fehlermeldungen hinzu, die Entwicklern helfen, die Ursache des Fehlers schnell zu identifizieren und zu beheben. Verwenden Sie eine spezifische Sprache, die den Benutzer anleitet. Sagen Sie beispielsweise anstelle von "Ungültige Daten" "Es wurde ein Objekt mit den Eigenschaften 'Name' und 'Alter' erwartet".
• Typprädikate für komplexe Überprüfungen verwenden: Wenn Ihre Validierungslogik komplex ist, sollten Sie Typprädikate verwenden, um die Typüberprüfungslogik zu kapseln und die Lesbarkeit des Codes zu verbessern.
• Leistungsauswirkungen berücksichtigen: Die Laufzeit-Typvalidierung verursacht zusätzlichen Aufwand für Ihre Anwendung. Verwenden Sie Assertion Signatures sparsam und nur bei Bedarf. Die statische Typüberprüfung sollte nach Möglichkeit bevorzugt werden.
• Fehler elegant behandeln: Stellen Sie sicher, dass Ihre Anwendung Fehler, die von Assertion-Funktionen ausgelöst werden, elegant behandelt, um Abstürze zu vermeiden und eine gute Benutzererfahrung zu bieten. Erwägen Sie, den potenziell fehlerhaften Code in Try-Catch-Blöcke einzuschließen.
• Assertionen dokumentieren: Dokumentieren Sie klar den Zweck und das Verhalten Ihrer Assertion-Funktionen und erläutern Sie die Bedingungen, die sie überprüfen, und die erwarteten Typen. Dies hilft anderen Entwicklern, Ihren Code zu verstehen und korrekt zu verwenden.

Anwendungsfälle in verschiedenen Branchen

Assertion Signatures können in verschiedenen Branchen von Vorteil sein:

• E-Commerce: Validierung der Benutzereingaben während des Bezahlvorgangs, um sicherzustellen, dass Versandadressen, Zahlungsinformationen und Bestelldetails korrekt sind.
• Finanzwesen: Überprüfung von Finanzdaten aus externen Quellen, wie z. B. Aktienkursen oder Währungskursen, bevor sie in Berechnungen oder Berichten verwendet werden.
• Gesundheitswesen: Sicherstellen, dass Patientendaten bestimmten Formaten und Standards entsprechen, wie z. B. Krankenakten oder Laborergebnisse.
• Fertigung: Validierung von Daten von Sensoren und Maschinen, um sicherzustellen, dass die Produktionsprozesse reibungslos und effizient ablaufen.
• Logistik: Überprüfen, ob Versanddaten, wie z. B. Sendungsverfolgungsnummern und Lieferadressen, korrekt und vollständig sind.

Alternativen zu Assertion Signatures

Während Assertion Signatures ein leistungsstarkes Werkzeug sind, gibt es auch andere Ansätze zur Laufzeit-Typvalidierung in TypeScript:

• Type Guards: Type Guards sind Funktionen, die einen booleschen Wert zurückgeben, der angibt, ob ein Wert von einem bestimmten Typ ist. Sie können verwendet werden, um den Typ einer Variablen innerhalb eines bedingten Blocks einzugrenzen. Im Gegensatz zu Assertion Signatures lösen sie jedoch keine Fehler aus, wenn die Typüberprüfung fehlschlägt.
• Runtime Type Checking Libraries: Bibliotheken wie io-ts, zod und yup bieten umfassende Funktionen zur Laufzeit-Typüberprüfung, einschließlich Schema-Validierung und Datentransformation. Diese Bibliotheken können besonders nützlich sein, wenn Sie mit komplexen Datenstrukturen oder externen APIs arbeiten.

Fazit

TypeScript Assertion Signatures bieten einen leistungsstarken Mechanismus zur Durchsetzung der Laufzeit-Typvalidierung, zur Verbesserung der Code-Zuverlässigkeit und zur Vermeidung unerwarteter Fehler. Durch die Definition von Funktionen, die den Typ eines Wertes bestätigen, können Sie die Typsicherheit verbessern, Typen eingrenzen und Ihren Code expliziter und wartungsfreundlicher gestalten. Obwohl es Alternativen gibt, bieten Assertion Signatures eine einfache und effektive Möglichkeit, Ihren TypeScript-Projekten Laufzeit-Typüberprüfungen hinzuzufügen. Durch die Befolgung von Best Practices und die sorgfältige Berücksichtigung der Leistungsauswirkungen können Sie Assertion Signatures nutzen, um robustere und zuverlässigere Anwendungen zu erstellen.

Denken Sie daran, dass Assertion Signatures am effektivsten sind, wenn sie in Verbindung mit den statischen Typüberprüfungsfunktionen von TypeScript verwendet werden. Sie sollten verwendet werden, um die statische Typüberprüfung zu ergänzen, nicht zu ersetzen. Durch die Kombination von statischer und Laufzeit-Typvalidierung können Sie ein hohes Maß an Codesicherheit erreichen und viele häufige Fehler vermeiden.