Membuka Abstraksi Tingkat Lanjut: Menyelami Lebih Dalam Higher-Kinded Types TypeScript

Mengemulasi Higher-Kinded Types di TypeScript

Karena TypeScript tidak memiliki sintaks bawaan untuk HKTs, komunitas telah mengembangkan beberapa strategi pengkodean. Pendekatan yang paling luas dan teruji melibatkan penggunaan kombinasi antarmuka, pencarian tipe, dan augmentasi modul. Ini adalah teknik yang terkenal digunakan oleh pustaka fp-ts.

Metode URI dan Pencarian Tipe

Metode ini terbagi menjadi tiga komponen utama:

1. Tipe Kind: Sebuah antarmuka pembawa generik untuk merepresentasikan struktur HKT.
2. URI: Literal string unik untuk mengidentifikasi setiap konstruktor tipe.
3. Pemetaan URI-ke-Tipe: Sebuah antarmuka yang menghubungkan URI string ke definisi konstruktor tipe mereka yang sebenarnya.

Mari kita bangun langkah demi langkah.

Langkah 1: Antarmuka `Kind`

Pertama, kita mendefinisikan antarmuka dasar yang akan dipatuhi oleh semua HKT yang kita emulasikan. Antarmuka ini bertindak sebagai kontrak.

            export interface HKT<URI, A> {
  readonly _URI: URI;
  readonly _A: A;
}

            

              
                Copy
              
            
          

Mari kita bedah ini:

Terkadang Anda akan melihat ini ditulis sebagai Kind. Penamaannya tidak kritis, tetapi strukturnya iya.

Langkah 2: Pemetaan URI-ke-Tipe

Selanjutnya, kita memerlukan sebuah registri pusat untuk memberitahu TypeScript tipe konkret mana yang sesuai dengan URI tertentu. Kita mencapainya dengan sebuah antarmuka yang dapat kita perluas menggunakan augmentasi modul.

            export interface URItoKind<A> {
  // Ini akan diisi oleh modul-modul yang berbeda
}

            

              
                Copy
              
            
          

Antarmuka ini sengaja dibiarkan kosong. Ia berfungsi sebagai pengait (hook). Setiap modul yang ingin mendefinisikan higher-kinded type akan menambahkan entri ke dalamnya.

Langkah 3: Mendefinisikan Tipe Bantuan `Kind`

Sekarang, kita membuat tipe utilitas yang dapat menyelesaikan sebuah URI dan parameter tipe kembali menjadi tipe konkret.

            export type Kind<URI extends keyof URItoKind<any>, A> = URItoKind<A>[URI];

            

              
                Copy
              
            
          

Langkah 4: Mendaftarkan Tipe (misalnya, `Array`)

Untuk membuat sistem kita mengetahui tipe bawaan Array, kita perlu mendaftarkannya. Kita melakukan ini menggunakan augmentasi modul.

            // Di dalam file seperti `Array.ts`

// Pertama, deklarasikan URI unik untuk konstruktor tipe Array
export const URI = 'Array';
declare module './hkt' { // Asumsikan definisi HKT kita ada di `hkt.ts`
  interface URItoKind<A> {
    readonly [URI]: Array<A>;
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Mari kita uraikan apa yang baru saja terjadi:

Sekarang, tipe Kind kita berfungsi untuk `Array`! Tipe `Kind<'Array', number>` akan diselesaikan oleh TypeScript sebagai URItoKind['Array'], yang, berkat augmentasi modul kita, menjadi `Array`. Kita telah berhasil mengkodekan `Array` sebagai sebuah HKT.

Menyatukan Semuanya: Fungsi `map` Generik

Dengan pengkodean HKT kita, kita akhirnya bisa menulis fungsi `map` abstrak yang kita impikan. Fungsi itu sendiri tidak akan generik; sebaliknya, kita akan mendefinisikan antarmuka generik bernama Functor yang menggambarkan setiap konstruktor tipe yang dapat dipetakan (mapped over).

            // Di `Functor.ts`
import { HKT, Kind, URItoKind } from './hkt';

export interface Functor<F extends keyof URItoKind<any>> {
  readonly URI: F;
  readonly map: <A, B>(fa: Kind<F, A>, f: (a: A) => B) => Kind<F, B>;
}

            

              
                Copy
              
            
          

Antarmuka Functor ini sendiri bersifat generik. Ia mengambil satu parameter tipe, F, yang dibatasi untuk menjadi salah satu URI terdaftar kita. Ia memiliki dua anggota:

• URI: URI dari functor (misalnya, 'Array').
• map: Sebuah metode generik. Perhatikan tanda tangannya: ia mengambil `Kind` dan sebuah fungsi, dan mengembalikan `Kind`. Inilah `map` abstrak kita!

Sekarang kita dapat menyediakan instance konkret dari antarmuka ini untuk `Array`.

            // Di `Array.ts` lagi

import { Functor } from './Functor';

// ... pengaturan HKT Array sebelumnya

export const array: Functor<typeof URI> = {
  URI: URI,
  map: <A, B>(fa: Array<A>, f: (a: A) => B): Array<B> => fa.map(f)
};

            

              
                Copy
              
            
          

Di sini, kita membuat objek array yang mengimplementasikan Functor<'Array'>. Implementasi map hanyalah pembungkus di sekitar metode bawaan Array.prototype.map.

Akhirnya, kita dapat menulis fungsi yang menggunakan abstraksi ini:

            function doSomethingWithFunctor<F extends keyof URItoKind<any>>(
  functor: Functor<F>
) {
  return <A, B>(fa: Kind<F, A>, f: (a: A) => B): Kind<F, B> => {
    return functor.map(fa, f);
  };
}

// Penggunaan:
const numbers = [1, 2, 3];
const double = (n: number) => n * 2;

// Kita meneruskan instance array untuk mendapatkan fungsi khusus
const mapForArray = doSomethingWithFunctor(array);
const doubledNumbers = mapForArray(numbers, double); // [2, 4, 6]

console.log(doubledNumbers); // Tipe disimpulkan dengan benar sebagai number[]

            

              
                Copy
              
            
          

Ini berhasil! Kita telah menciptakan fungsi doSomethingWithFunctor yang generik terhadap tipe kontainer F. Ia tidak tahu apakah ia bekerja dengan Array, Promise, atau Option. Ia hanya tahu bahwa ia memiliki instance Functor untuk kontainer tersebut, yang menjamin adanya metode map dengan tanda tangan yang benar.

Aplikasi Praktis: Membangun Abstraksi Fungsional

Functor hanyalah permulaan. Motivasi utama untuk HKTs adalah untuk membangun hierarki kaya dari kelas tipe (antarmuka) yang menangkap pola komputasi umum. Mari kita lihat dua lagi yang penting: Applicative Functors dan Monads.

Applicative Functors: Menerapkan Fungsi dalam Konteks

Sebuah Functor memungkinkan Anda menerapkan fungsi normal ke nilai di dalam sebuah konteks (misalnya, `map(nilaiDalamKonteks, fungsiNormal)`). Sebuah Applicative Functor (atau hanya Applicative) membawa ini selangkah lebih maju: ia memungkinkan Anda menerapkan fungsi yang juga berada di dalam konteks ke nilai di dalam konteks.

Kelas tipe Applicative memperluas Functor dan menambahkan dua metode baru:

1. of (juga dikenal sebagai `pure`): Mengambil nilai normal dan mengangkatnya ke dalam konteks. Untuk Array, of(x) akan menjadi [x]. Untuk Promise, of(x) akan menjadi Promise.resolve(x).
2. ap: Mengambil sebuah kontainer yang berisi fungsi `(a: A) => B` dan sebuah kontainer yang berisi nilai `A`, dan mengembalikan sebuah kontainer yang berisi nilai `B`.

            import { Functor } from './Functor';
import { Kind, URItoKind } from './hkt';

export interface Applicative<F extends keyof URItoKind<any>> extends Functor<F> {
  readonly of: <A>(a: A) => Kind<F, A>;
  readonly ap: <A, B>(fab: Kind<F, (a: A) => B>, fa: Kind<F, A>) => Kind<F, B>;
}

            

              
                Copy
              
            
          

Kapan ini berguna? Bayangkan Anda memiliki dua nilai dalam sebuah konteks, dan Anda ingin menggabungkannya dengan fungsi dua argumen. Misalnya, Anda memiliki dua input formulir yang mengembalikan `Option` (di mana `Option` adalah tipe yang bisa berupa `Some` atau `None`).

            // Asumsikan kita memiliki tipe Option dan instance Applicative-nya

const name: Option<string> = some('Alice');
const age: Option<number> = some(30);

const createUser = (name: string) => (age: number) => ({ name, age });

// Bagaimana kita menerapkan createUser ke nama dan umur?

// 1. Angkat fungsi curried ke dalam konteks Option
const curriedUserInOption = option.of(createUser);
// curriedUserInOption bertipe Option<(name: string) => (age: number) => User>

// 2. `map` tidak bekerja secara langsung. Kita butuh `ap`!
const userBuilderInOption = option.ap(option.map(curriedUserInOption, f => f), name);
// Ini agak canggung. Cara yang lebih baik:
const userBuilderInOption2 = option.map(name, createUser);
// userBuilderInOption2 bertipe Option<(age: number) => User>

// 3. Terapkan fungsi-dalam-konteks ke umur-dalam-konteks
const userInOption = option.ap(userBuilderInOption2, age);
// userInOption adalah Some({ name: 'Alice', age: 30 })

            

              
                Copy
              
            
          

Pola ini sangat kuat untuk hal-hal seperti validasi formulir, di mana beberapa fungsi validasi independen mengembalikan hasil dalam sebuah konteks (seperti `Either`), dan Anda ingin menggabungkan semua hasilnya. Applicatives memungkinkan Anda mengumpulkan kesalahan dari semua validasi, sedangkan abstraksi berikutnya, Monads, akan berhenti pada kegagalan pertama (short-circuit).

Monads: Mengurutkan Operasi dalam Konteks

Monad mungkin adalah abstraksi fungsional yang paling terkenal dan sering disalahpahami. Sebuah Monad digunakan untuk mengurutkan operasi di mana setiap langkah bergantung pada hasil dari langkah sebelumnya, dan setiap langkah mengembalikan nilai yang terbungkus dalam konteks yang sama.

Kelas tipe Monad memperluas Applicative dan menambahkan satu metode penting: chain (juga dikenal sebagai `flatMap` atau `bind`).

            import { Applicative } from './Applicative';
import { Kind, URItoKind } from './hkt';

export interface Monad<M extends keyof URItoKind<any>> extends Applicative<M> {
  readonly chain: <A, B>(fa: Kind<M, A>, f: (a: A) => Kind<M, B>) => Kind<M, B>;
}

            

              
                Copy
              
            
          

Perbedaan utama antara `map` dan `chain` adalah fungsi yang mereka terima:

• map mengambil fungsi (a: A) => B. Ia menerapkan fungsi "normal".
• chain mengambil fungsi (a: A) => Kind. Ia menerapkan fungsi yang sendirinya mengembalikan nilai dalam konteks monadik.

chain adalah apa yang mencegah Anda berakhir dengan konteks bersarang seperti Promise> atau Option>. Ia secara otomatis "meratakan" (flattens) hasilnya.

Contoh Klasik: Promises

Anda kemungkinan besar telah menggunakan Monads tanpa menyadarinya. `Promise.prototype.then` bertindak sebagai `chain` monadik (ketika callback mengembalikan `Promise` lain).

            interface User { id: number; name: string; }
interface Post { userId: number; content: string; }

function getUser(id: number): Promise<User> {
  return Promise.resolve({ id, name: 'Bob' });
}

function getLatestPost(user: User): Promise<Post> {
  return Promise.resolve({ userId: user.id, content: 'Hello HKTs!' });
}

// Tanpa `chain` (`then`), Anda akan mendapatkan Promise bersarang:
const nestedPromise: Promise<Promise<Post>> = getUser(1).then(user => {
  // `then` ini bertindak seperti `map` di sini
  return getLatestPost(user); // mengembalikan sebuah Promise, menciptakan Promise<Promise<...>>
});

// Dengan `chain` monadik (`then` ketika ia meratakan), strukturnya bersih:
const postPromise: Promise<Post> = getUser(1).then(user => {
  // `then` melihat kita mengembalikan Promise dan secara otomatis meratakannya.
  return getLatestPost(user);
});

            

              
                Copy
              
            
          

Menggunakan antarmuka Monad berbasis HKT memungkinkan Anda menulis fungsi yang generik terhadap komputasi sekuensial apa pun yang sadar konteks, baik itu operasi asinkron (`Promise`), operasi yang dapat gagal (`Either`, `Option`), atau komputasi dengan state bersama (`State`).

Masa Depan HKTs di TypeScript

Teknik emulasi yang telah kita diskusikan sangat kuat tetapi datang dengan konsekuensi. Mereka memperkenalkan sejumlah besar boilerplate dan kurva belajar yang curam. Pesan kesalahan dari kompiler TypeScript bisa menjadi samar ketika ada yang salah dengan pengkodean.

Jadi, bagaimana dengan dukungan bawaan? Permintaan untuk Higher-Kinded Types (atau mekanisme untuk mencapai tujuan yang sama) adalah salah satu isu yang paling lama ada dan paling banyak dibicarakan di repositori GitHub TypeScript. Tim TypeScript sadar akan permintaan tersebut, tetapi mengimplementasikan HKTs menyajikan tantangan yang signifikan:

1. Kompleksitas Sintaksis: Menemukan sintaks yang bersih dan intuitif yang cocok dengan sistem tipe yang ada itu sulit. Proposal seperti type F atau F :: * -> * telah dibahas, tetapi masing-masing memiliki pro dan kontra.
2. Tantangan Inferensi: Inferensi tipe, salah satu kekuatan terbesar TypeScript, menjadi jauh lebih kompleks dengan HKTs. Memastikan bahwa inferensi bekerja dengan andal dan berkinerja adalah rintangan utama.
3. Kesejajaran dengan JavaScript: TypeScript bertujuan untuk sejajar dengan realitas runtime JavaScript. HKTs adalah konstruksi murni waktu kompilasi di tingkat tipe, yang dapat menciptakan kesenjangan konseptual antara sistem tipe dan runtime yang mendasarinya.

Meskipun dukungan bawaan mungkin tidak akan segera hadir, diskusi yang sedang berlangsung dan keberhasilan pustaka seperti `fp-ts`, `Effect`, dan `ts-toolbelt` membuktikan bahwa konsep-konsep tersebut berharga dan dapat diterapkan dalam konteks TypeScript. Pustaka-pustaka ini menyediakan pengkodean HKT yang tangguh dan siap pakai serta ekosistem abstraksi fungsional yang kaya, menyelamatkan Anda dari menulis boilerplate sendiri.

Kesimpulan: Level Abstraksi yang Baru

Higher-Kinded Types merepresentasikan lompatan signifikan dalam abstraksi tingkat tipe. Mereka memungkinkan kita untuk bergerak melampaui generik terhadap nilai dalam struktur data kita menjadi generik terhadap struktur itu sendiri. Dengan melakukan abstraksi terhadap kontainer seperti Array, Promise, Option, dan Either, kita dapat menulis fungsi dan antarmuka universal—seperti Functor, Applicative, dan Monad—yang menangkap pola komputasi fundamental.

Meskipun kurangnya dukungan bawaan TypeScript memaksa kita untuk bergantung pada pengkodean yang kompleks, manfaatnya bisa sangat besar bagi penulis pustaka dan pengembang aplikasi yang bekerja pada sistem yang besar dan kompleks. Memahami HKTs memungkinkan Anda untuk:

• Menulis Kode yang Lebih Dapat Digunakan Kembali: Definisikan logika yang berfungsi untuk struktur data apa pun yang sesuai dengan antarmuka tertentu (misalnya, `Functor`).
• Meningkatkan Keamanan Tipe: Terapkan kontrak tentang bagaimana struktur data seharusnya berperilaku di tingkat tipe, mencegah seluruh kelas bug.
• Menerapkan Pola Fungsional: Manfaatkan pola yang kuat dan terbukti dari dunia pemrograman fungsional untuk mengelola efek samping, menangani kesalahan, dan menulis kode yang deklaratif dan dapat disusun.

Perjalanan ke dalam HKTs memang menantang, tetapi ini adalah perjalanan yang memuaskan yang memperdalam pemahaman Anda tentang sistem tipe TypeScript dan membuka kemungkinan baru untuk menulis kode yang bersih, tangguh, dan elegan. Jika Anda ingin membawa keterampilan TypeScript Anda ke tingkat berikutnya, menjelajahi pustaka seperti fp-ts dan membangun abstraksi berbasis HKT sederhana Anda sendiri adalah tempat yang sangat baik untuk memulai.