الگوهای پیشرفته جنریک: توابع نوع مرتبه بالاتر

برنامه نویسی جنریک به ما امکان می دهد کدی بنویسیم که روی انواع مختلف بدون قربانی کردن ایمنی نوع کار می کند. در حالی که جنریک های اساسی قدرتمند هستند، توابع نوع مرتبه بالاتر قابلیت های بیشتری را باز می کنند و امکان دستکاری انواع پیچیده و انتزاعات قدرتمند را فراهم می کنند. این پست وبلاگ به مفهوم توابع نوع مرتبه بالاتر می پردازد، قابلیت های آنها را بررسی می کند و مثال های عملی ارائه می دهد.

توابع نوع مرتبه بالاتر چیست؟

در اصل، یک تابع نوع مرتبه بالاتر نوعی است که نوع دیگری را به عنوان آرگومان می گیرد و نوع جدیدی را برمی گرداند. آن را به عنوان تابعی در نظر بگیرید که به جای مقادیر روی انواع عمل می کند. این قابلیت درها را به روی تعریف انواع وابسته به انواع دیگر به روش های پیچیده باز می کند و منجر به کد قابل استفاده مجدد و قابل نگهداری بیشتر می شود. این بر اساس ایده اساسی جنریک ها ساخته می شود، اما در سطح نوع. قدرت از توانایی تبدیل انواع مطابق با قوانینی است که ما تعریف می کنیم.

برای درک بهتر این موضوع، اجازه دهید آن را با جنریک های معمولی مقایسه کنیم. یک نوع جنریک معمولی ممکن است به این شکل باشد (با استفاده از نحو TypeScript، زیرا این زبانی با یک سیستم نوع قوی است که این مفاهیم را به خوبی نشان می دهد):

interface Box<T> {
  value: T;
}

در اینجا، `Box<T>` یک نوع جنریک است و `T` یک پارامتر نوع است. ما می توانیم یک `Box` از هر نوعی ایجاد کنیم، مانند `Box<number>` یا `Box<string>`. این یک جنریک مرتبه اول است - مستقیماً با انواع بتنی سروکار دارد. توابع نوع مرتبه بالاتر با پذیرش توابع نوع به عنوان پارامتر، این را یک قدم جلوتر می برند.

چرا از توابع نوع مرتبه بالاتر استفاده کنیم؟

توابع نوع مرتبه بالاتر چندین مزیت ارائه می دهند:

• قابلیت استفاده مجدد از کد: تبدیل های جنریک را تعریف کنید که می توانند روی انواع مختلف اعمال شوند و تکثیر کد را کاهش دهند.
• انتزاع: منطق نوع پیچیده را در پشت رابط های ساده پنهان کنید و درک و نگهداری کد را آسان تر کنید.
• ایمنی نوع: از صحت نوع در زمان کامپایل اطمینان حاصل کنید، خطاها را زودتر شناسایی کنید و از غافلگیری های زمان اجرا جلوگیری کنید.
• بیانگری: روابط پیچیده بین انواع را مدل کنید و سیستم های نوع پیچیده تری را فعال کنید.
• ترکیب پذیری: با ترکیب توابع نوع موجود، توابع نوع جدید ایجاد کنید و تبدیل های پیچیده را از قسمت های ساده تر بسازید.

مثال ها در TypeScript

بیایید چند مثال عملی را با استفاده از TypeScript، زبانی که پشتیبانی عالی از ویژگی های سیستم نوع پیشرفته ارائه می دهد، بررسی کنیم.

مثال 1: نگاشت ویژگی ها به Readonly

سناریویی را در نظر بگیرید که می خواهید یک نوع جدید ایجاد کنید که در آن تمام ویژگی های یک نوع موجود به عنوان `readonly` علامت گذاری شده باشند. بدون توابع نوع مرتبه بالاتر، ممکن است لازم باشد به صورت دستی یک نوع جدید برای هر نوع اصلی تعریف کنید. توابع نوع مرتبه بالاتر یک راه حل قابل استفاده مجدد ارائه می دهند.

type Readonly<T> = {
  readonly [K in keyof T]: T[K];
};

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

type ReadonlyPerson = Readonly<Person>; // تمام ویژگی های Person اکنون readonly هستند

در این مثال، `Readonly<T>` یک تابع نوع مرتبه بالاتر است. نوع `T` را به عنوان ورودی می گیرد و نوع جدیدی را برمی گرداند که در آن تمام ویژگی ها `readonly` هستند. این از ویژگی انواع نگاشت شده TypeScript استفاده می کند.

مثال 2: انواع شرطی

انواع شرطی به شما امکان می دهند انواعی را تعریف کنید که به یک شرط بستگی دارند. این امر قدرت بیانی سیستم نوع ما را بیشتر می کند.

type IsString<T> = T extends string ? true : false;

// Usage
type Result1 = IsString<string>;  // true
type Result2 = IsString<number>;  // false

`IsString<T>` بررسی می کند که آیا `T` یک رشته است یا خیر. اگر چنین باشد، `true` را برمی گرداند. در غیر این صورت، `false` را برمی گرداند. این نوع به عنوان یک تابع در سطح نوع عمل می کند، یک نوع را می گیرد و یک نوع بولی تولید می کند.

مثال 3: استخراج نوع بازگشتی یک تابع

TypeScript یک نوع ابزار داخلی به نام `ReturnType<T>` ارائه می دهد که نوع بازگشتی یک نوع تابع را استخراج می کند. بیایید ببینیم چگونه کار می کند و چگونه می توانیم (به طور مفهومی) چیزی مشابه را تعریف کنیم:

type MyReturnType<T extends (...args: any) => any> = T extends (...args: any) => infer R ? R : any;

function greet(name: string): string {
  return `Hello, ${name}!`;
}

type GreetReturnType = MyReturnType<typeof greet>; // string

در اینجا، `MyReturnType<T>` از `infer R` برای گرفتن نوع بازگشتی نوع تابع `T` استفاده می کند و آن را برمی گرداند. این دوباره ماهیت مرتبه بالاتر توابع نوع را با عمل بر روی یک نوع تابع و استخراج اطلاعات از آن نشان می دهد.

مثال 4: فیلتر کردن ویژگی های شی بر اساس نوع

تصور کنید می خواهید یک نوع جدید ایجاد کنید که فقط شامل ویژگی های یک نوع خاص از یک نوع شی موجود باشد. این را می توان با استفاده از انواع نگاشت شده، انواع شرطی و تغییر نام کلید انجام داد:

type FilterByType<T, U> = {
  [K in keyof T as T[K] extends U ? K : never]: T[K];
};

interface Example {
  name: string;
  age: number;
  isValid: boolean;
}

type StringProperties = FilterByType<Example, string>; // { name: string }

در این مثال، `FilterByType<T, U>` دو پارامتر نوع می گیرد: `T` (نوع شی برای فیلتر کردن) و `U` (نوع برای فیلتر کردن بر اساس آن). نوع نگاشت شده روی کلیدهای `T` تکرار می شود. نوع شرطی `T[K] extends U ? K : never` بررسی می کند که آیا نوع ویژگی در کلید `K` گسترش می یابد `U`. اگر این کار را انجام دهد، کلید `K` نگه داشته می شود. در غیر این صورت، به `never` نگاشت می شود و به طور موثر ویژگی را از نوع حاصل حذف می کند. نوع شی فیلتر شده سپس با ویژگی های باقی مانده ساخته می شود. این تعامل پیچیده تری از سیستم نوع را نشان می دهد.

مفاهیم پیشرفته

توابع و محاسبات سطح نوع

با ویژگی های پیشرفته سیستم نوع مانند انواع شرطی و نام های مستعار نوع بازگشتی (موجود در برخی زبان ها)، می توان محاسباتی را در سطح نوع انجام داد. این به شما امکان می دهد منطق پیچیده ای را تعریف کنید که روی انواع عمل می کند و به طور موثر برنامه های سطح نوع ایجاد می کند. در حالی که از نظر محاسباتی در مقایسه با برنامه های سطح مقدار محدود است، محاسبات سطح نوع می تواند برای اعمال تغییرناپذیری های پیچیده و انجام تبدیل های نوع پیچیده ارزشمند باشد.

کار با انواع Variadic

برخی از سیستم‌های نوع، به‌ویژه در زبان‌هایی که تحت تأثیر هاسکل قرار گرفته‌اند، از انواع واریادیک (همچنین به عنوان انواع مرتبه بالاتر شناخته می‌شوند) پشتیبانی می‌کنند. این بدان معناست که سازنده‌های نوع (مانند `Box`) می‌توانند خود سازنده‌های نوع را به عنوان آرگومان بگیرند. این امر امکانات انتزاعی پیشرفته تری را به ویژه در زمینه برنامه نویسی تابعی باز می کند. زبان هایی مانند Scala چنین قابلیت هایی را ارائه می دهند.

ملاحظات جهانی

هنگام استفاده از ویژگی های پیشرفته سیستم نوع، توجه به موارد زیر مهم است:

• پیچیدگی: استفاده بیش از حد از ویژگی های پیشرفته می تواند درک و نگهداری کد را دشوارتر کند. برای تعادل بین بیانگری و خوانایی تلاش کنید.
• پشتیبانی زبان: همه زبان ها از یک سطح از پشتیبانی برای ویژگی های پیشرفته سیستم نوع برخوردار نیستند. زبانی را انتخاب کنید که نیازهای شما را برآورده کند.
• تخصص تیم: اطمینان حاصل کنید که تیم شما تخصص لازم برای استفاده و نگهداری از کدی را دارد که از ویژگی های پیشرفته سیستم نوع استفاده می کند. آموزش و مربیگری ممکن است مورد نیاز باشد.
• عملکرد زمان کامپایل: محاسبات نوع پیچیده می تواند زمان کامپایل را افزایش دهد. مراقب پیامدهای عملکرد باشید.
• پیام های خطا: رمزگشایی خطاهای نوع پیچیده می تواند چالش برانگیز باشد. روی ابزارها و تکنیک هایی سرمایه گذاری کنید که به شما کمک می کنند خطاهای نوع را به طور موثر درک و اشکال زدایی کنید.

بهترین شیوه ها

• انواع خود را مستند کنید: هدف و کاربرد توابع نوع خود را به وضوح توضیح دهید.
• از نام های معنادار استفاده کنید: نام های توصیفی را برای پارامترهای نوع و نام های مستعار نوع خود انتخاب کنید.
• آن را ساده نگه دارید: از پیچیدگی غیر ضروری خودداری کنید.
• انواع خود را تست کنید: تست های واحد بنویسید تا اطمینان حاصل کنید که توابع نوع شما همانطور که انتظار می رود رفتار می کنند.
• از linters و type checkers استفاده کنید: استانداردهای کدنویسی را اعمال کنید و خطاهای نوع را زودتر شناسایی کنید.

نتیجه گیری

توابع نوع مرتبه بالاتر ابزاری قدرتمند برای نوشتن کد ایمن از نوع و قابل استفاده مجدد هستند. با درک و به کارگیری این تکنیک های پیشرفته، می توانید نرم افزارهای قوی تر و قابل نگهداری تری ایجاد کنید. در حالی که آنها می توانند پیچیدگی را معرفی کنند، مزایای آنها از نظر وضوح کد و جلوگیری از خطا اغلب بیشتر از هزینه ها است. همانطور که سیستم های نوع به تکامل خود ادامه می دهند، توابع نوع مرتبه بالاتر احتمالاً نقش مهم فزاینده ای در توسعه نرم افزار ایفا می کنند، به ویژه در زبان هایی با سیستم های نوع قوی مانند TypeScript، Scala و Haskell. برای باز کردن پتانسیل کامل آنها، این مفاهیم را در پروژه های خود آزمایش کنید. به یاد داشته باشید که حتی هنگام استفاده از ویژگی های پیشرفته، خوانایی و قابلیت نگهداری کد را در اولویت قرار دهید.