JavaScripti mustrisobitamine ja tüübikindlus: juhend kompileerimisaja valideerimiseks

Mustrisobitamine on üks võimsamaid ja väljendusrikkamaid funktsioone kaasaegses programmeerimises, mida on pikalt tunnustatud funktsionaalsetes keeltes nagu Haskell, Rust ja F#. See võimaldab arendajatel andmeid dekonstrueerida ja käivitada koodi selle struktuuri alusel viisil, mis on nii kokkuvõtlik kui ka uskumatult loetav. Kuna JavaScript areneb pidevalt, soovivad arendajad üha enam neid võimsaid paradigmasid kasutusele võtta. Siiski jääb alles märkimisväärne väljakutse: kuidas saavutada nende keelte töökindel tüübikindlus ja kompileerimisaja garantiid JavaScripti dünaamilises maailmas?

Vastus peitub TypeScripti staatilise tüübisüsteemi kasutamises. Kuigi JavaScript ise liigub loomuliku mustrisobitamise suunas, tähendab selle dünaamiline olemus, et kõik kontrollid toimuksid käitusajal, mis võib potentsiaalselt põhjustada ootamatuid vigu tootmises. See artikkel on põhjalik ülevaade tehnikatest ja tööriistadest, mis võimaldavad tõelist kompileerimisaja mustri valideerimist, tagades, et tabate vead siis, kui kirjutate, mitte siis, kui teie kasutajad seda teevad.

Uurime, kuidas ehitada töökindlaid, isedokumenteerivaid ja veakindlaid süsteeme, kombineerides TypeScripti võimsad funktsioonid mustrisobitamise elegantsiga. Olge valmis kõrvaldama terve klass käitusaja vigu ja kirjutama koodi, mis on turvalisem ja mida on lihtsam hooldada.

Mis on täpselt mustrisobitamine?

Põhimõtteliselt on mustrisobitamine keerukas kontrollvoo mehhanism. See on nagu ülivõimas `switch` avaldis. Selle asemel, et lihtsalt kontrollida võrdust lihtsate väärtustega (nagu numbrid või stringid), võimaldab mustrisobitamine kontrollida väärtust komplekssete 'mustrite' vastu ja, kui vaste leitakse, siduda muutujad selle väärtuse osadega.

Võrdleme seda traditsiooniliste lähenemisviisidega:

Vana viis: `if-else` ketid ja `switch`

Kaaluge funktsiooni, mis arvutab geomeetrilise kujundi pindala. Traditsioonilise lähenemisviisiga võib teie kood välja näha selline:

            
// Shape is an object with a 'type' property
function calculateArea(shape) {
  if (shape.type === 'circle') {
    return Math.PI * shape.radius * shape.radius;
  } else if (shape.type === 'square') {
    return shape.sideLength * shape.sideLength;
  } else if (shape.type === 'rectangle') {
    return shape.width * shape.height;
  } else {
    throw new Error('Unsupported shape type');
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

See töötab, kuid on mahukas ja veaohtlik. Mis siis, kui lisate uue kujundi, näiteks `triangle`, kuid unustate seda funktsiooni värskendada? Kood viskab käitusajal üldise vea, mis võib olla kaugel kohast, kus tegelik viga tekkis.

Mustrisobitamise viis: deklaratiivne ja väljendusrikas

Mustrisobitamine raamistab selle loogika ümber deklaratiivsemaks. Imperatiivsete kontrollide seeria asemel deklareerite oodatavad mustrid ja toimingud, mida teha:

            
// Pseudocode for a future JavaScript pattern matching feature
function calculateArea(shape) {
  match (shape) {
    when ({ type: 'circle', radius }): return Math.PI * radius * radius;
    when ({ type: 'square', sideLength }): return sideLength * sideLength;
    when ({ type: 'rectangle', width, height }): return width * height;
    default: throw new Error('Unsupported shape type');
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Peamised eelised on kohe nähtavad:

• Destruktureerimine: Väärtused nagu `radius`, `width` ja `height` eraldatakse automaatselt objektist `shape`.
• Loetavus: Koodi eesmärk on selgem. Iga `when` klausel kirjeldab konkreetset andmestruktuuri ja sellele vastavat loogikat.
• Ammendavus: See on tüübikindluse jaoks kõige olulisem eelis. Tõeliselt töökindel mustrisobitamise süsteem võib teid kompileerimisajal hoiatada, kui olete unustanud võimaliku juhtumi käsitleda. See on meie peamine eesmärk.

JavaScripti väljakutse: dünaamilisus vs. turvalisus

JavaScripti suurim tugevus – selle paindlikkus ja dünaamiline olemus – on ka selle suurim nõrkus, kui tegemist on tüübikindlusega. Ilma staatilise tüübisüsteemita, mis jõustaks lepinguid kompileerimisajal, on mustrisobitamine tavalises JavaScriptis piiratud käitusaja kontrollidega. See tähendab:

• Kompileerimisaja garantiid puuduvad: Te ei tea, et jätsite juhtumi vahele, enne kui teie kood käivitub ja jõuab selle konkreetse teeni.
• Vaiksed ebaõnnestumised: Kui unustate vaikejuhtumi, võib mittevastava väärtuse tulemuseks olla lihtsalt `undefined`, mis põhjustab peeneid vigu allavoolu.
• Refaktoreerimise õudusunenäod: Uue variandi lisamine andmestruktuurile (nt uus sündmuse tüüp, uus API vastuse olek) nõuab globaalset otsingut ja asendamist, et leida kõik kohad, kus seda tuleb käsitleda. Ühe puudumine võib teie rakenduse katki teha.

Siin muudab TypeScript kogu mängu. Selle staatiline tüübisüsteem võimaldab meil oma andmeid täpselt modelleerida ja seejärel kasutada kompilaatorit selle tagamiseks, et me käsitleme kõiki võimalikke variatsioone. Uurime, kuidas.

Tehnika 1: Alus diskrimineeritud ühendustega

Kõige olulisem TypeScripti funktsioon tüübikindla mustrisobitamise võimaldamiseks on diskrimineeritud ühendus (tuntud ka kui sildistatud ühendus või algebraline andmetüüp). See on võimas viis modelleerida tüüpi, mis võib olla üks mitmest erinevast võimalusest.

Mis on diskrimineeritud ühendus?

Diskrimineeritud ühendus on ehitatud kolmest komponendist:

1. Erinevate tüüpide komplekt (ühenduse liikmed).
2. Ühine omadus literaaltüübiga, mida tuntakse kui diskriminanti või silti. See omadus võimaldab TypeScriptil ühendusesisese konkreetse tüübi kitsendada.
3. Ühenduse tüüp, mis ühendab kõik liikmetüübid.

Modelleerime oma kujundi näite ümber, kasutades seda mustrit:

            
// 1. Define the distinct member types
interface Circle {
  kind: 'circle'; // The discriminant
  radius: number;
}

interface Square {
  kind: 'square'; // The discriminant
  sideLength: number;
}

interface Rectangle {
  kind: 'rectangle'; // The discriminant
  width: number;
  height: number;
}

// 2. Create the union type
type Shape = Circle | Square | Rectangle;

            

              
                Copy
              
            
          

Nüüd peab muutuja tüübiga `Shape` olema üks neist kolmest liidesest. Omadus `kind` toimib võtmena, mis avab TypeScripti tüübi kitsendamise võimalused.

Kompileerimisaja ammendavuse kontrolli rakendamine

Kui meie diskrimineeritud ühendus on paigas, saame nüüd kirjutada funktsiooni, mis on kompilaatori poolt tagatud iga võimaliku kujundi käsitlemiseks. Maagiline koostisosa on TypeScripti tüüp `never`, mis tähistab väärtust, mida ei tohiks kunagi esineda.

Saame kirjutada lihtsa abifunktsiooni selle jõustamiseks:

            
function assertUnreachable(x: never): never {
  throw new Error("Didn't expect to get here");
}

            

              
                Copy
              
            
          

Nüüd kirjutame oma funktsiooni `calculateArea` ümber, kasutades standardset `switch` avaldist. Vaadake, mis juhtub vaikejuhtumiga:

            
function calculateArea(shape: Shape): number {
  switch (shape.kind) {
    case 'circle':
      // TypeScript knows `shape` is a Circle here!
      return Math.PI * shape.radius ** 2;

    case 'square':
      // TypeScript knows `shape` is a Square here!
      return shape.sideLength ** 2;

    case 'rectangle':
      // TypeScript knows `shape` is a Rectangle here!
      return shape.width * shape.height;

    default:
      // If we've handled all cases, `shape` will be of type `never`
      return assertUnreachable(shape);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

See kood kompileerub suurepäraselt. Igas `case` plokis on TypeScript kitsendanud `shape` tüübi väärtusteks `Circle`, `Square` või `Rectangle`, võimaldades meil turvaliselt juurde pääseda sellistele omadustele nagu `radius`.

Nüüd maagiliseks hetkeks. Tutvustame oma süsteemile uut kujundit:

            
interface Triangle {
  kind: 'triangle';
  base: number;
  height: number;
}

type Shape = Circle | Square | Rectangle | Triangle; // Add it to the union

            

              
                Copy
              
            
          

Niipea kui lisame `Triangle` ühendusse `Shape`, loob meie funktsioon `calculateArea` kohe kompileerimisaja vea:

            
// In the `default` block of `calculateArea`:

return assertUnreachable(shape);
//                      ~~~~~
// Argument of type 'Triangle' is not assignable to parameter of type 'never'.

            

              
                Copy
              
            
          

See viga on uskumatult väärtuslik. TypeScripti kompilaator ütleb meile: "Sa lubasid käsitleda iga võimalikku `Shape`, kuid sa unustasid `Triangle`. Muutuja `shape` võib vaikejuhtumis olla endiselt `Triangle` ja seda ei saa määrata kui `never`."

Vea parandamiseks lisame lihtsalt puuduva juhtumi. Kompilaatorist saab meie turvavõrk, mis tagab, et meie loogika jääb meie andmemudeliga sünkroonis.

            
// ... inside the switch
    case 'triangle':
      return 0.5 * shape.base * shape.height;

    default:
      return assertUnreachable(shape);
// ... now the code compiles again!

            

              
                Copy
              
            
          

Selle lähenemisviisi plussid ja miinused

• Plussid:
  • Sõltuvusi pole: See kasutab ainult TypeScripti põhifunktsioone.
  • Maksimaalne tüübikindlus: Pakub raudkindlaid kompileerimisaja garantiisid.
  • Suurepärane jõudlus: See kompileerub väga optimeeritud standardseks JavaScripti `switch` avaldiseks.
• Miinused:
  • Mahukus: `switch`, `case`, `break`/`return` ja `default` boilerplaat võib tunduda tülikas.
  • Ei ole avaldis: `switch` avaldist ei saa otse tagastada ega muutujale määrata, mis viib imperatiivsemate koodistiilideni.

Tehnika 2: Ergonoomilised API-d kaasaegsete teekidega

Kuigi diskrimineeritud ühendus koos `switch` avaldisega on alus, võib selle boilerplaat olla tüütu. See on viinud fantastiliste avatud lähtekoodiga teekide tõusuni, mis pakuvad mustrisobitamiseks funktsionaalsemat, väljendusrikkamat ja ergonoomilisemat API-t, kasutades samal ajal TypeScripti kompilaatorit turvalisuse tagamiseks.

Tutvustame `ts-pattern`

Üks populaarsemaid ja võimsamaid teeke selles ruumis on `ts-pattern`. See võimaldab teil asendada `switch` avaldised sujuva, aheldatava API-ga, mis töötab avaldisena.

Kirjutame oma funktsiooni `calculateArea` ümber, kasutades `ts-pattern`:

            
import { match } from 'ts-pattern';

function calculateAreaWithTsPattern(shape: Shape): number {
  return match(shape)
    .with({ kind: 'circle' }, (s) => Math.PI * s.radius ** 2)
    .with({ kind: 'square' }, (s) => s.sideLength ** 2)
    .with({ kind: 'rectangle' }, (s) => s.width * s.height)
    .with({ kind: 'triangle' }, (s) => 0.5 * s.base * s.height)
    .exhaustive(); // This is the key to compile-time safety
}

            

              
                Copy
              
            
          

Jaotame, mis toimub:

• `match(shape)`: See käivitab mustrisobitamise avaldise, võttes sobitatava väärtuse.
• `.with({ kind: '...' }, handler)`: Iga `.with()` kutse määratleb mustri. `ts-pattern` on piisavalt nutikas, et järeldada teise argumendi (funktsioon `handler`) tüübi. Mustri `{ kind: 'circle' }` puhul teab see, et sisend `s` funktsioonile `handler` on tüüpi `Circle`.
• `.exhaustive()`: See meetod on samaväärne meie trikiga `assertUnreachable`. See ütleb `ts-pattern`ile, et kõiki võimalikke juhtumeid tuleb käsitleda. Kui me eemaldaksime rea `.with({ kind: 'triangle' }, ...)`, käivitaks `ts-pattern` kompileerimisaja vea kutsele `.exhaustive()`, öeldes meile, et vaste pole ammendav.

`ts-pattern` täiustatud funktsioonid

`ts-pattern` läheb kaugemale lihtsast omaduste sobitamisest:

• Predikaadi sobitamine funktsiooniga `.when()`: Sobitage tingimuse alusel.

              
  match(input)
    .when(isString, (str) => `It's a string: ${str}`)
    .when(isNumber, (num) => `It's a number: ${num}`)
    .otherwise(() => 'It is something else');
  
              
  
                
                  Copy
                
              
            

• Sügavalt pesastatud mustrid: Sobitage keerulisi objektistruktuure.

              
  match(user)
    .with({ address: { city: 'Paris' } }, () => 'User is in Paris')
    .otherwise(() => 'User is elsewhere');
  
              
  
                
                  Copy
                
              
            

• Jokerid ja spetsiaalsed valijad: Kasutage `P.select()` väärtuse jäädvustamiseks mustri sees või `P.string`, `P.number` teatud tüüpi väärtuse sobitamiseks.

              
  import { match, P } from 'ts-pattern';
  
  match(event)
    .with({ type: 'USER_LOGIN', user: { name: P.select() } }, (name) => {
      console.log(`${name} logged in.`);
    })
    .otherwise(() => {});
  
              
  
                
                  Copy
                
              
            

Kasutades teeki nagu `ts-pattern`, saate mõlemast maailmast parima: TypeScripti `never` kontrolli tugeva kompileerimisaja turvalisuse koos puhta, deklaratiivse ja väga väljendusrikka API-ga.

Tulevik: TC39 mustrisobitamise ettepanek

JavaScripti keel ise on teel, et saada loomulik mustrisobitamine. TC39-s (komitee, mis standardiseerib JavaScripti) on aktiivne ettepanek lisada keelde `match` avaldis.

Kavandatav süntaks

Süntaks näeb tõenäoliselt välja umbes selline:

            
// This is proposed JavaScript syntax and might change
const getMessage = (response) => {
  return match (response) {
    when ({ status: 200, body: b }) { return `Success with body: ${b}`; }
    when ({ status: 404 }) { return 'Not Found'; }
    when ({ status: s if s >= 500 }) { return `Server Error: ${s}`; }
    default { return 'Unknown response'; }
  }
};

            

              
                Copy
              
            
          

Kuidas on lood tüübikindlusega?

See on meie arutelu jaoks oluline küsimus. Iseenesest teostaks loomulik JavaScripti mustrisobitamise funktsioon oma kontrolle käitusajal. See ei teaks teie TypeScripti tüüpe.

Siiski on peaaegu kindel, et TypeScripti meeskond ehitaks selle uue süntaksi peale staatilise analüüsi. Nii nagu TypeScript analüüsib `if` avaldisi ja `switch` plokke tüübi kitsendamiseks, analüüsiks see ka `match` avaldisi. See tähendab, et me võiksime lõpuks saada parima võimaliku tulemuse:

1. Loomulik, suure jõudlusega süntaks: Pole vaja teeke ega transpileerimise nippe.
2. Täielik kompileerimisaja turvalisus: TypeScript kontrolliks `match` avaldist ammendavuse suhtes diskrimineeritud ühenduse vastu, nagu ta teeb täna `switch` puhul.

Kuigi me ootame, et see funktsioon läbiks ettepaneku etapid ja jõuaks brauseritesse ja käituskeskkondadesse, on tehnikad, mida me täna diskrimineeritud ühenduste ja teekidega arutasime, tootmisvalmis, tipptasemel lahendus.

Praktilised rakendused ja parimad tavad

Vaatame, kuidas neid mustreid rakendada tavalistele, reaalse maailma arendusstsenaariumidele.

Olekuhaldus (Redux, Zustand jne)

Oleku haldamine tegevustega on ideaalne kasutusjuht diskrimineeritud ühenduste jaoks. Stringikonstantide asemel tegevuste tüüpide jaoks määratlege diskrimineeritud ühendus kõigi võimalike tegevuste jaoks.

            
// Define actions
interface IncrementAction { type: 'counter/increment'; payload: number; }
interface DecrementAction { type: 'counter/decrement'; payload: number; }
interface ResetAction { type: 'counter/reset'; }

type CounterAction = IncrementAction | DecrementAction | ResetAction;

// A type-safe reducer
function counterReducer(state: number, action: CounterAction): number {
  return match(action)
    .with({ type: 'counter/increment' }, (act) => state + act.payload)
    .with({ type: 'counter/decrement' }, (act) => state - act.payload)
    .with({ type: 'counter/reset' }, () => 0)
    .exhaustive();
}

            

              
                Copy
              
            
          

Nüüd, kui lisate ühendusse `CounterAction` uue tegevuse, sunnib TypeScript teid redutseerijat värskendama. Enam ei unustata tegevuse käitlejaid!

API vastuste käsitlemine

Andmete toomine API-st hõlmab mitut olekut: laadimine, õnnestumine ja viga. Selle modelleerimine diskrimineeritud ühendusega muudab teie UI loogika palju töökindlamaks.

            
// Model the async data state
type RemoteData =
  | { status: 'idle' }
  | { status: 'loading' }
  | { status: 'success'; data: T }
  | { status: 'error'; error: E };

// In your UI component (e.g., React)
function UserProfile({ userId }: { userId: string }) {
  const [userState, setUserState] = useState>({ status: 'idle' });

  // ... useEffect to fetch data and update state ...

  return match(userState)
    .with({ status: 'idle' }, () => 
Click a button to load the user.
)
    .with({ status: 'loading' }, () => )
    .with({ status: 'success' }, (state) => )
    .with({ status: 'error' }, (state) => )
    .exhaustive();
}

            

              
                Copy
              
            
          

See lähenemisviis tagab, et olete rakendanud UI iga võimaliku andmete toomise oleku jaoks. Sa ei saa kogemata unustada laadimise või vea juhtumi käsitlemist.

Parimate tavade kokkuvõte

• Modelleerige diskrimineeritud ühendustega: Kui teil on väärtus, mis võib olla üks mitmest erinevast kujust, kasutage diskrimineeritud ühendust. See on tüübikindlate mustrite alus TypeScriptis.
• Jõustage alati ammendavus: Kasutage siis, kas trikki `never` koos avaldisega `switch` või teegi meetodit `.exhaustive()`, ärge kunagi jätke mustri vastet lahtiseks. Siit tuleb turvalisus.
• Valige õige tööriist: Lihtsate juhtumite korral on `switch` avaldis hea. Keeruka loogika, pesastatud sobitamise või funktsionaalsema stiili korral parandab teek nagu `ts-pattern` oluliselt loetavust ja vähendab boilerplaati.
• Hoidke mustrid loetavana: Eesmärk on selgus. Vältige liiga keerulisi, pesastatud mustreid, mida on raske ühe pilguga mõista. Mõnikord on parem lähenemisviis jagada vaste väiksemateks funktsioonideks.

Järeldus: Ohutu JavaScripti tuleviku kirjutamine

Mustrisobitamine on midagi enamat kui lihtsalt süntaktiline suhkur; see on paradigma, mis viib deklaratiivsema, loetavama ja – mis kõige tähtsam – töökindlama koodini. Kuigi me ootame pikisilmi selle loomulikku saabumist JavaScripti, ei pea me ootama selle eeliste nautimist.

Kasutades TypeScripti staatilise tüübisüsteemi võimsust, eriti diskrimineeritud ühendustega, saame ehitada süsteeme, mida saab valideerida kompileerimisajal. See lähenemisviis nihutab põhimõtteliselt veatuvastuse käitusajalt arendusajale, säästes lugematuid tunde silumist ja ennetades tootmisintsidente. Teegid nagu `ts-pattern` ehitavad sellele kindlale vundamendile, pakkudes elegantset ja võimsat API-t, mis muudab tüübikindla koodi kirjutamise nauditavaks.

Kompileerimisaja mustri valideerimise omaksvõtmine on samm vastupidavamate ja hooldatavamate rakenduste kirjutamise suunas. See julgustab teid selgesõnaliselt mõtlema kõigile võimalikele olekutele, milles teie andmed võivad olla, kõrvaldades ebaselguse ja muutes teie koodi loogika kristallselgeks. Alustage oma domeeni modelleerimist diskrimineeritud ühendustega juba täna ja laske TypeScripti kompilaatoril olla teie väsimatu partner veavaba tarkvara ehitamisel.