TypeScripti nominaalbrändid: läbipaistmatud tüübimääratlused täiustatud tüübikindluse jaoks

TypeScript, pakkudes staatilist tüüpimist, kasutab peamiselt struktuurset tüüpimist. See tähendab, et tüübid loetakse ühilduvaks, kui neil on sama kuju, olenemata nende deklareeritud nimedest. Kuigi see on paindlik, võib see mõnikord põhjustada soovimatuid tüübiasendusi ja vähendada tüübikindlust. Nominaalne bränding, tuntud ka kui läbipaistmatud tüübimääratlused, pakub võimalust saavutada robustsem tüübisüsteem, mis on TypeScriptis nominaalsele tüüpimisele lähedasem. See lähenemisviis kasutab nutikaid tehnikaid, et tüübid käituksid nii, nagu oleksid need unikaalselt nimetatud, vältides juhuslikke segiajamisi ja tagades koodi korrektsuse.

Struktuurse vs. nominaalse tüüpimise mõistmine

Enne nominaalse brändinguga süvenemist on oluline mõista struktuurse ja nominaalse tüüpimise erinevust.

Struktuurne tüüpimine

Struktuurses tüüpimises loetakse kahte tüüpi ühilduvaks, kui neil on sama struktuur (st samad omadused samade tüüpidega). Vaadake seda TypeScripti näidet:

interface Kilogram { value: number; }
interface Gram { value: number; }

const kg: Kilogram = { value: 10 };
const g: Gram = { value: 10000 };

// TypeScript lubab seda, kuna mõlemal tüübil on sama struktuur
const kg2: Kilogram = g;

console.log(kg2);

Isegi kui `Kilogram` ja `Gram` tähistavad erinevaid mõõtühikuid, lubab TypeScript määrata `Gram` objekti `Kilogram` muutujale, kuna mõlemal on `value` omadus tüüpi `number`. See võib põhjustada teie koodis loogilisi vigu.

Nominaalne tüüpimine

Seevastu nominaalne tüüpimine loeb kahte tüüpi ühilduvaks ainult siis, kui neil on sama nimi või kui üks on selgesõnaliselt teisest tuletatud. Keeled nagu Java ja C# kasutavad peamiselt nominaalset tüüpimist. Kui TypeScript kasutaks nominaalset tüüpimist, põhjustaks ülaltoodud näide tüübivea.

Nominaalse brändingu vajadus TypeScriptis

TypeScripti struktuurne tüüpimine on üldiselt kasulik oma paindlikkuse ja kasutuslihtsuse tõttu. Siiski on olukordi, kus vajate loogiliste vigade vältimiseks rangemat tüübikontrolli. Nominaalne bränding pakub lahenduse selle rangema kontrolli saavutamiseks, ohverdamata TypeScripti eeliseid.

Kaaluge neid stsenaariume:

• Valuuta käsitlemine: Eristamine `USD` ja `EUR` summade vahel, et vältida juhuslikku valuuta segamist.
• Andmebaasi ID-d: Tagamine, et `UserID` ei kasutataks juhuslikult seal, kus oodatakse `ProductID`.
• Mõõtühikud: Eristamine `Meetrite` ja `Jalgade` vahel, et vältida valesid arvutusi.
• Turvalised andmed: Eristamine tavalise teksti `Parooli` ja räsitud `Parooli räsi` vahel, et vältida tundliku teabe juhuslikku avalikustamist.

Igal neist juhtudest võib struktuurne tüüpimine põhjustada vigu, kuna aluseks olev esitus (nt number või string) on mõlema tüübi jaoks sama. Nominaalne bränding aitab teil tagada tüübikindlust, muutes need tüübid eristatavaks.

Nominaalsete brändide rakendamine TypeScriptis

Nominaalse brändingu rakendamiseks TypeScriptis on mitu võimalust. Uurime tavalist ja tõhusat tehnikat, kasutades lõikumisi ja unikaalseid sümboleid.

Lõikumiste ja unikaalsete sümbolite kasutamine

See tehnika hõlmab unikaalse sümboli loomist ja selle lõikamist baastüübiga. Unikaalne sümbol toimib "brändina", mis eristab tüüpi teistest sama struktuuriga tüüpidest.

// Määrake unikaalne sümbol kilogrammi brändi jaoks
const kilogramBrand: unique symbol = Symbol();

// Määrake Kilogram tüüp, mis on bränditud unikaalse sümboliga
type Kilogram = number & { readonly [kilogramBrand]: true };

// Määrake unikaalne sümbol grammi brändi jaoks
const gramBrand: unique symbol = Symbol();

// Määrake Gram tüüp, mis on bränditud unikaalse sümboliga
type Gram = number & { readonly [gramBrand]: true };

// Abifunktsioon kilogrammi väärtuste loomiseks
const Kilogram = (value: number) => value as Kilogram;

// Abifunktsioon grammi väärtuste loomiseks
const Gram = (value: number) => value as Gram;

const kg: Kilogram = Kilogram(10);
const g: Gram = Gram(10000);

// See põhjustab nüüd TypeScripti vea
// const kg2: Kilogram = g; // Type 'Gram' is not assignable to type 'Kilogram'.

console.log(kg, g);

Selgitus:

• Me määratleme unikaalse sümboli, kasutades `Symbol()`. Iga `Symbol()` kutse loob unikaalse väärtuse, tagades, et meie brändid on eristatavad.
• Me määratleme `Kilogram` ja `Gram` tüübid kui `number` ja objekti lõikumised, mis sisaldavad unikaalset sümbolit võtmena ja `true` väärtust. Modifikaator `readonly` tagab, et brändi ei saa pärast loomist muuta.
• Me kasutame abifunktsioone (`Kilogram` ja `Gram`) koos tüübi väidetega (`as Kilogram` ja `as Gram`), et luua bränditud tüüpide väärtusi. See on vajalik, kuna TypeScript ei saa bränditud tüüpi automaatselt järeldada.

Nüüd märgib TypeScript õigesti vea, kui proovite määrata `Gram` väärtuse `Kilogram` muutujale. See tagab tüübikindluse ja hoiab ära juhuslikud segiajamised.

Üldine bränding taaskasutamiseks

Et vältida brändingu mustri kordamist iga tüübi puhul, saate luua üldise abistava tüübi:

type Brand = K & { readonly __brand: unique symbol; };

// Määrake Kilogram, kasutades üldist Brand tüüpi
type Kilogram = Brand;

// Määrake Gram, kasutades üldist Brand tüüpi
type Gram = Brand;

// Abifunktsioon kilogrammi väärtuste loomiseks
const Kilogram = (value: number) => value as Kilogram;

// Abifunktsioon grammi väärtuste loomiseks
const Gram = (value: number) => value as Gram;

const kg: Kilogram = Kilogram(10);
const g: Gram = Gram(10000);

// See põhjustab ikka veel TypeScripti vea
// const kg2: Kilogram = g; // Type 'Gram' is not assignable to type 'Kilogram'.

console.log(kg, g);

See lähenemisviis lihtsustab süntaksit ja muudab bränditud tüüpide järjepideva määratlemise lihtsamaks.

Täiustatud kasutusjuhtumid ja kaalutlused

Objektide brändimine

Nominaalset brändingut saab rakendada ka objektitüüpidele, mitte ainult primitiivsetele tüüpidele, nagu arvud või stringid.

interface User {
  id: number;
  name: string;
}

const UserIDBrand: unique symbol = Symbol();
type UserID = number & { readonly [UserIDBrand]: true };

interface Product {
  id: number;
  name: string;
}

const ProductIDBrand: unique symbol = Symbol();
type ProductID = number & { readonly [ProductIDBrand]: true };

// Funktsioon, mis ootab UserID-d
function getUser(id: UserID): User {
  // ... rakendus kasutaja ID järgi toomiseks
  return {id: id, name: "Example User"};
}

const userID = 123 as UserID;
const productID = 456 as ProductID;

const user = getUser(userID);

// See põhjustaks vea, kui kommentaar eemaldada
// const user2 = getUser(productID); // Argument of type 'ProductID' is not assignable to parameter of type 'UserID'.

console.log(user);

See hoiab ära `ProductID` juhusliku edastamise seal, kus oodatakse `UserID`, isegi kui mõlemad on lõppkokkuvõttes esindatud arvudena.

Töötamine teekide ja väliste tüüpidega

Kui töötate väliste teekide või API-dega, mis ei paku bränditud tüüpe, saate kasutada tüübi väiteid, et luua bränditud tüüpe olemasolevatest väärtustest. Kuid olge selle tegemisel ettevaatlik, kuna sisuliselt väidate, et väärtus vastab bränditud tüübile, ja peate tagama, et see tegelikult nii on.

// Oletame, et saate API-st numbri, mis tähistab UserID-d
const rawUserID = 789; // Number välisest allikast

// Looge toores numbrist bränditud UserID
const userIDFromAPI = rawUserID as UserID;

Jooksaja kaalutlused

Oluline on meeles pidada, et nominaalne bränding TypeScriptis on puhtalt kompileerimise-aegne konstruktsioon. Brändid (unikaalsed sümbolid) kustutatakse kompileerimise ajal, seega ei ole jooksuajal lisakulusid. Kuid see tähendab ka seda, et te ei saa jooksuaja tüübikontrolli jaoks brändidele loota. Kui vajate jooksuaja tüübikontrolli, peate rakendama täiendavaid mehhanisme, näiteks kohandatud tüübikaitsed.

Tüübigardid jooksuaja valideerimiseks

Bränditud tüüpide jooksuaja valideerimiseks saate luua kohandatud tüübikaitsed:

function isKilogram(value: number): value is Kilogram {
  // Reaalses stsenaariumis võite siin lisada täiendavaid kontrolle,
  // näiteks tagada, et väärtus on kilogrammide jaoks kehtivas vahemikus.
  return typeof value === 'number';
}

const someValue: any = 15;

if (isKilogram(someValue)) {
  const kg: Kilogram = someValue;
  console.log("Value is a Kilogram:", kg);
} else {
  console.log("Value is not a Kilogram");
}

See võimaldab teil jooksuajal väärtuse tüüpi turvaliselt kitsendada, tagades, et see vastab bränditud tüübile enne selle kasutamist.

Nominaalse brändingu eelised

• Täiustatud tüübikindlus: Hoiab ära soovimatud tüübiasendused ja vähendab loogiliste vigade riski.
• Parem koodi selgus: Muudab koodi loetavamaks ja lihtsamini mõistetavaks, eristades selgesõnaliselt erinevaid tüüpe sama aluseks oleva esitusega.
• Vähendatud silumisaja: Püüab tüübiga seotud vead kinni kompileerimise ajal, säästes aega ja vaeva silumise ajal.
• Suurenenud koodi kindlus: Annab suurema kindluse oma koodi õigsuses, jõustades rangemaid tüübipiiranguid.

Nominaalse brändingu piirangud

• Ainult kompileerimise-aeg: Brändid kustutatakse kompileerimise ajal, seega ei paku need jooksuaja tüübikontrolli.
• Nõuab tüübi väiteid: Bränditud tüüpide loomine nõuab sageli tüübi väiteid, mis võivad potentsiaalselt tüübikontrolli mööda hiilida, kui neid valesti kasutada.
• Suurenenud boilerplate: Bränditud tüüpide määratlemine ja kasutamine võib teie koodile lisada boilerplate'i, kuigi seda saab leevendada üldiste abistavate tüüpidega.

Nominaalsete brändide kasutamise parimad tavad

• Kasutage üldist brändingut: Looge üldised abistavad tüübid, et vähendada boilerplate'i ja tagada järjepidevus.
• Kasutage tüübikaitseid: Rakendage vajadusel kohandatud tüübikaitsed jooksuaja valideerimiseks.
• Rakendage brände mõistlikult: Ärge kasutage nominaalset brändingut üle. Rakendage seda ainult siis, kui peate jõustama rangemat tüübikontrolli, et vältida loogilisi vigu.
• Dokumenteerige brändid selgelt: Dokumenteerige selgelt iga bränditud tüübi eesmärk ja kasutus.
• Kaaluge jõudlust: Kuigi jooksuaja hind on minimaalne, võib kompileerimise-aeg liigse kasutamise korral suureneda. Profileerige ja optimeerige vajadusel.

Näited erinevatest tööstusharudest ja rakendustest

Nominaalne bränding leiab rakendusi erinevates valdkondades:

• Finantssüsteemid: Erinevate valuutade (USD, EUR, GBP) ja kontotüüpide (Säästud, Arveldus) eristamine, et vältida valesid tehinguid ja arvutusi. Näiteks võib pangandusrakendus kasutada nominaaltüüpe tagamaks, et intressiarvestusi tehakse ainult säästukontodel ja et valuutakursid rakendatakse õigesti, kui raha kantakse üle erinevates valuutades kontode vahel.
• E-kaubanduse platvormid: Tootekoodide, kliendikoodide ja tellimuskoodide eristamine, et vältida andmete riknemist ja turvaauke. Kujutage ette, et määrate kogemata kliendi krediitkaardi andmed tootele – nominaaltüübid aitavad vältida selliseid katastroofilisi vigu.
• Tervishoiurakendused: Patsiendikoodide, arstikoodide ja vastuvõtukoodide eraldamine, et tagada andmete õige seostamine ja vältida patsiendikirjete juhuslikku segamist. See on patsiendi privaatsuse ja andmete terviklikkuse säilitamiseks ülioluline.
• Tarneahela haldamine: Laokoodide, saadetisekoodide ja tootekoodide eristamine, et kaupu täpselt jälgida ja vältida logistilisi vigu. Näiteks tagada, et saadetis toimetatakse õigesse lattu ja et saadetise tooted vastavad tellimusele.
• IoT (Asjade interneti) süsteemid: Sensorikoodide, seadmekoodide ja kasutajakoodide eristamine, et tagada õige andmete kogumine ja kontroll. See on eriti oluline stsenaariumides, kus turvalisus ja töökindlus on ülimalt olulised, näiteks nutika kodu automatiseerimises või tööstuslikes juhtimissüsteemides.
• Mängimine: Relvakoodide, tegelaskujukoodide ja esemekoodide eristamine, et parandada mänguloogikat ja vältida ekspluateerimist. Lihtne viga võib võimaldada mängijal varustada eseme, mis on mõeldud ainult NPC-dele, häirides mängu tasakaalu.

Alternatiivid nominaalsele brändingule

Kuigi nominaalne bränding on võimas tehnika, võivad muud lähenemisviisid teatud olukordades sarnaseid tulemusi saavutada:

• Klassid: Klasside kasutamine privaatsete omadustega võib pakkuda teatud määral nominaalset tüüpimist, kuna erinevate klasside eksemplarid on oma olemuselt erinevad. Kuid see lähenemisviis võib olla nominaalsest brändingust sõnalisem ja ei pruugi sobida kõigil juhtudel.
• Enum: TypeScripti enumide kasutamine pakub jooksuajal teatud määral nominaalset tüüpimist konkreetse, piiratud võimalike väärtuste hulga jaoks.
• Literaaltüübid: Stringi- või arvu literaaltüüpide kasutamine võib piirata muutuja võimalikke väärtusi, kuid see lähenemisviis ei paku sama tüübikindluse taset kui nominaalne bränding.
• Välised teegid: Teegid nagu `io-ts` pakuvad jooksuaja tüübikontrolli ja valideerimisvõimalusi, mida saab kasutada rangemate tüübipiirangute jõustamiseks. Kuid need teegid lisavad jooksuaja sõltuvuse ja ei pruugi olla kõigil juhtudel vajalikud.

Järeldus

TypeScripti nominaalne bränding pakub võimsa võimaluse suurendada tüübikindlust ja vältida loogilisi vigu, luues läbipaistmatuid tüübimääratlusi. Kuigi see ei asenda tõelist nominaalset tüüpimist, pakub see praktilist lahendust, mis võib oluliselt parandada teie TypeScripti koodi robustsust ja hooldatavust. Mõistes nominaalse brändingu põhimõtteid ja rakendades seda mõistlikult, saate kirjutada usaldusväärsemaid ja veavabamaid rakendusi.

Ärge unustage kaaluda tüübikindluse, koodi keerukuse ja jooksuaja lisakulusid, kui otsustate, kas kasutada nominaalset brändingut oma projektides.

Parimate tavade rakendamise ja alternatiivide hoolika kaalumise abil saate nominaalset brändingut kasutada puhtama, hooldatavama ja robustsema TypeScripti koodi kirjutamiseks. Võtke omaks tüübikindluse jõud ja looge paremat tarkvara!