JavaScript atbilstības pārbaude un tipu drošība: Ceļvedis kompilācijas laika verifikācijai

Atbilstības pārbaude (pattern matching) ir viena no spēcīgākajām un izteiksmīgākajām mūsdienu programmēšanas funkcijām, kas jau ilgu laiku tiek atzinīgi novērtēta funkcionālajās valodās, piemēram, Haskell, Rust un F#. Tā ļauj izstrādātājiem dekonstruēt datus un izpildīt kodu, pamatojoties uz to struktūru, veidā, kas ir gan kodolīgs, gan neticami lasāms. Tā kā JavaScript turpina attīstīties, izstrādātāji arvien vairāk vēlas ieviest šīs jaudīgās paradigmas. Tomēr joprojām pastāv ievērojams izaicinājums: kā mēs panāksim šo valodu robusto tipu drošību un kompilācijas laika garantijas dinamiskajā JavaScript pasaulē?

Atbilde slēpjas TypeScript statiskās tipu sistēmas izmantošanā. Lai gan pats JavaScript pakāpeniski virzās uz iebūvētu atbilstības pārbaudi, tā dinamiskā daba nozīmē, ka jebkuras pārbaudes notiktu izpildlaikā, potenciāli radot neparedzētas kļūdas ražošanā. Šis raksts ir dziļš ieskats tehnikās un rīkos, kas nodrošina patiesu kompilācijas laika rakstu verifikāciju, garantējot, ka kļūdas tiek atklātas nevis tad, kad tās atrod jūsu lietotāji, bet gan tad, kad rakstāt kodu.

Mēs izpētīsim, kā veidot robustas, pašdokumentējošas un kļūdām izturīgas sistēmas, apvienojot TypeScript jaudīgās funkcijas ar atbilstības pārbaudes eleganci. Esiet gatavi novērst veselu klasi izpildlaika kļūdu un rakstīt drošāku un vieglāk uzturamu kodu.

Kas tieši ir atbilstības pārbaude?

Pēc būtības atbilstības pārbaude ir sarežģīts plūsmas kontroles mehānisms. Tas ir kā īpaši jaudīgs `switch` paziņojums. Tā vietā, lai pārbaudītu vienkāršu vērtību (piemēram, skaitļu vai virkņu) vienlīdzību, atbilstības pārbaude ļauj pārbaudīt vērtību pret sarežģītiem “rakstiem” (patterns) un, ja tiek atrasta atbilstība, saistīt mainīgos ar šīs vērtības daļām.

Salīdzināsim to ar tradicionālajām pieejām:

Vecais veids: `if-else` ķēdes un `switch`

Apsveriet funkciju, kas aprēķina ģeometriskas formas laukumu. Izmantojot tradicionālo pieeju, jūsu kods varētu izskatīties šādi:

            
// 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
              
            
          

Tas darbojas, taču ir gari un pakļauts kļūdām. Ko darīt, ja pievienojat jaunu formu, piemēram, `triangle`, bet aizmirstat atjaunināt šo funkciju? Kods izpildes laikā izraisīs vispārīgu kļūdu, kas varētu būt tālu no vietas, kur patiesā kļūda tika ieviesta.

Atbilstības pārbaudes veids: Deklaratīvs un izteiksmīgs

Atbilstības pārbaude pārveido šo loģiku, lai tā būtu deklaratīvāka. Tā vietā, lai veiktu virkni imperatīvu pārbaužu, jūs deklarējat paredzamos rakstus un veicamās darbības:

            
// 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
              
            
          

Galvenās priekšrocības ir uzreiz pamanāmas:

• Destrukturēšana: Vērtības, piemēram, `radius`, `width` un `height`, tiek automātiski iegūtas no objekta `shape`.
• Lasāmība: Koda nolūks ir skaidrāks. Katra `when` klauzula apraksta specifisku datu struktūru un tās atbilstošo loģiku.
• Izsmeļamība: Šī ir vissvarīgākā priekšrocība tipu drošībai. Patiesi robusta atbilstības pārbaudes sistēma var jūs brīdināt kompilācijas laikā, ja esat aizmirsis apstrādāt iespējamu gadījumu. Tas ir mūsu primārais mērķis.

JavaScript izaicinājums: dinamisms pret drošību

JavaScript lielākā stiprā puse – tā elastība un dinamiskā daba – ir arī tā lielākā vājība, ja runa ir par tipu drošību. Bez statiskas tipu sistēmas, kas nodrošina līgumus kompilācijas laikā, atbilstības pārbaude tīrā JavaScript ir ierobežota ar izpildlaika pārbaudēm. Tas nozīmē:

• Nav kompilācijas laika garantiju: Jūs nezināsiet, ka esat palaidis garām gadījumu, kamēr jūsu kods nedarbosies un nesasniegs šo konkrēto ceļu.
• Klusas kļūdas: Ja aizmirstat noklusējuma gadījumu, neatbilstoša vērtība var vienkārši rezultēt `undefined`, izraisot smalkas kļūdas vēlāk.
• Refaktorēšanas murgi: Jaunās varianta pievienošana datu struktūrai (piemēram, jauns notikuma tips, jauns API atbildes statuss) prasa globālu meklēšanu un aizvietošanu, lai atrastu visas vietas, kur tas jāapstrādā. Ja aizmirstat kādu, tas var sabojāt jūsu lietojumprogrammu.

Tieši šeit TypeScript pilnībā maina spēli. Tā statiskā tipu sistēma ļauj precīzi modelēt datus un pēc tam izmantot kompilatoru, lai nodrošinātu, ka mēs apstrādājam katru iespējamo variantu. Izpētīsim, kā tas notiek.

1. tehnika: Pamats ar diskriminētām savienībām

Vissvarīgākā TypeScript funkcija tipu drošas atbilstības pārbaudes nodrošināšanai ir tā diskriminētā savienība (zināma arī kā atzīmētā savienība vai algebrisks datu tips). Tas ir spēcīgs veids, kā modelēt tipu, kas var būt viena no vairākām atšķirīgām iespējām.

Kas ir diskriminētā savienība?

Diskriminētā savienība sastāv no trim komponentiem:

1. Atšķirīgu tipu kopa (savienības locekļi).
2. Kopīga īpašība ar literālu tipu, kas pazīstama kā diskriminants vai tags. Šī īpašība ļauj TypeScript precizēt konkrēto tipu savienībā.
3. Savienības tips, kas apvieno visus locekļu tipus.

Pārveidosim mūsu formas piemēru, izmantojot šo rakstu:

            
// 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
              
            
          

Tagad mainīgajam ar tipu `Shape` jābūt vienam no šiem trim interfeisiem. Īpašība `kind` darbojas kā atslēga, kas atver TypeScript tipu sašaurināšanas iespējas.

Kompilācijas laika izsmeļošas pārbaudes ieviešana

Ar mūsu ieviesto diskriminēto savienību mēs tagad varam uzrakstīt funkciju, kuru kompilators garantē apstrādāt katru iespējamo formu. Burvju sastāvdaļa ir TypeScript tips `never`, kas apzīmē vērtību, kurai nekad nevajadzētu parādīties.

Mēs varam uzrakstīt vienkāršu palīgfunkciju, lai to panāktu:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Tagad pārrakstīsim mūsu funkciju `calculateArea`, izmantojot standarta `switch` paziņojumu. Skatieties, kas notiek `default` gadījumā:

            
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
              
            
          

Šis kods tiek kompilēts perfekti. Katrā `case` blokā TypeScript ir sašaurinājis mainīgā `shape` tipu līdz `Circle`, `Square` vai `Rectangle`, ļaujot mums droši piekļūt tādām īpašībām kā `radius`.

Tagad maģiskais brīdis. Ieviesīsim jaunu formu mūsu sistēmā:

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Tiklīdz mēs pievienosim `Triangle` `Shape` savienībai, mūsu funkcija `calculateArea` nekavējoties radīs kompilācijas laika kļūdu:

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Šī kļūda ir neticami vērtīga. TypeScript kompilators mums saka: "Jūs solījāt apstrādāt katru iespējamo `Shape`, bet aizmirsāt par `Triangle`. Mainīgais `shape` noklusējuma gadījumā joprojām varētu būt `Triangle`, un to nevar piešķirt tipam `never`."

Lai novērstu kļūdu, mēs vienkārši pievienojam trūkstošo gadījumu. Kompilators kļūst par mūsu drošības tīklu, garantējot, ka mūsu loģika ir saskaņota ar mūsu datu modeli.

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Šīs pieejas plusi un mīnusi

• Plusi:
  • Nulle atkarību: Tiek izmantotas tikai galvenās TypeScript funkcijas.
  • Maksimāla tipu drošība: Nodrošina dzelžainas kompilācijas laika garantijas.
  • Lieliska veiktspēja: Tas kompilējas uz ļoti optimizētu standarta JavaScript `switch` paziņojumu.
• Mīnusi:
  • Vārīgums: `switch`, `case`, `break`/`return` un `default` atkārtojošais kods var šķist apgrūtinošs.
  • Nav izteiksme: `switch` paziņojumu nevar tieši atgriezt vai piešķirt mainīgajam, kas noved pie imperatīvākiem koda stiliem.

2. tehnika: Ergonomiskas API ar modernām bibliotēkām

Lai gan diskriminētā savienība ar `switch` paziņojumu ir pamats, tās atkārtojošais kods var būt nogurdinošs. Tas ir novedis pie fantastisku atvērtā koda bibliotēku parādīšanās, kas nodrošina funkcionālāku, izteiksmīgāku un ergonomiskāku API atbilstības pārbaudei, vienlaikus izmantojot TypeScript kompilatoru drošībai.

Iepazīšanās ar `ts-pattern`

Viena no populārākajām un jaudīgākajām bibliotēkām šajā jomā ir `ts-pattern`. Tā ļauj aizstāt `switch` paziņojumus ar plūstošu, ķēdējamu API, kas darbojas kā izteiksme.

Pārrakstīsim mūsu funkciju `calculateArea`, izmantojot `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
              
            
          

Sadalīsim, kas notiek:

• `match(shape)`: Tas sāk atbilstības pārbaudes izteiksmi, ņemot vērtību, kas jāpārbauda.
• `.with({ kind: '...' }, handler)`: Katrs `.with()` izsaukums definē rakstu. `ts-pattern` ir pietiekami gudrs, lai secinātu otrā argumenta (funkcijas `handler`) tipu. Rakstam `{ kind: 'circle' }`, tas zina, ka ievade `s` apstrādātājam būs tipa `Circle`.
• `.exhaustive()`: Šī metode ir līdzvērtīga mūsu `assertUnreachable` trikam. Tā norāda `ts-pattern`, ka visi iespējamie gadījumi ir jāapstrādā. Ja mēs noņemtu rindu `.with({ kind: 'triangle' }, ... )`, `ts-pattern` izraisītu kompilācijas laika kļūdu `.exhaustive()` izsaukumā, paziņojot, ka atbilstība nav izsmeļoša.

`ts-pattern` uzlabotās funkcijas

`ts-pattern` sniedzas tālu aiz vienkāršas īpašību atbilstības pārbaudes:

• Predikātu atbilstības pārbaude ar `.when()`: Atbilstības pārbaude, pamatojoties uz nosacījumu.

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

• Dziļi ligzdoti raksti: Atbilstības pārbaude sarežģītām objektu struktūrām.

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

• Aizstājējzīmes un speciālie selektori: Izmantojiet `P.select()`, lai tvertu vērtību rakstā, vai `P.string`, `P.number`, lai atbilstu jebkurai noteikta tipa vērtībai.

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

Izmantojot tādu bibliotēku kā `ts-pattern`, jūs iegūstat labāko no abām pasaulēm: stabilu TypeScript `never` pārbaudes kompilācijas laika drošību, apvienotu ar tīru, deklaratīvu un ļoti izteiksmīgu API.

Nākotne: TC39 atbilstības pārbaudes priekšlikums

Pati JavaScript valoda virzās uz to, lai iegūtu iebūvētu atbilstības pārbaudi. TC39 (komiteja, kas standartizē JavaScript) ir aktīvs priekšlikums pievienot `match` izteiksmi valodai.

Ierosinātā sintakse

Sintakse, visticamāk, izskatīsies šādi:

            
// 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
              
            
          

Kā ar tipu drošību?

Šis ir izšķirošais jautājums mūsu diskusijai. Pati par sevi, iebūvēta JavaScript atbilstības pārbaudes funkcija veiktu savas pārbaudes izpildlaikā. Tā nezinātu par jūsu TypeScript tipiem.

Tomēr ir gandrīz droši, ka TypeScript komanda veidotu statisku analīzi uz šīs jaunās sintakses pamata. Tāpat kā TypeScript analizē `if` paziņojumus un `switch` blokus, lai veiktu tipu sašaurināšanu, tas analizētu `match` izteiksmes. Tas nozīmē, ka mēs galu galā varētu iegūt labāko iespējamo rezultātu:

1. Iebūvēta, veiktspējīga sintakse: Nav nepieciešamas bibliotēkas vai transpilēšanas triki.
2. Pilnīga kompilācijas laika drošība: TypeScript pārbaudītu `match` izteiksmi attiecībā uz izsmeļamību pret diskriminētu savienību, tieši tāpat kā tas notiek šodien ar `switch`.

Kamēr mēs gaidām, kad šī funkcija izies priekšlikumu posmus un nonāks pārlūkprogrammās un izpildlaika vidēs, šodien apspriestās metodes ar diskriminētām savienībām un bibliotēkām ir ražošanai gatavs, moderns risinājums.

Praktiskās pielietošanas un labākās prakses

Apskatīsim, kā šie raksti tiek pielietoti bieži sastopamos, reālos izstrādes scenārijos.

Stāvokļa pārvaldība (Redux, Zustand utt.)

Stāvokļa pārvaldība ar darbībām ir ideāls diskriminēto savienību pielietojums. Tā vietā, lai izmantotu virkņu konstantes darbību tipiem, definējiet diskriminētu savienību visām iespējamām darbībām.

            
// 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
              
            
          

Tagad, ja jūs pievienosiet jaunu darbību `CounterAction` savienībai, TypeScript piespiedīs jūs atjaunināt reduktoru. Vairs nekādu aizmirstu darbību apstrādātāju!

API atbilžu apstrāde

Datu iegūšana no API ietver vairākus stāvokļus: ielādi, veiksmi un kļūdu. To modelēšana ar diskriminētu savienību padara jūsu lietotāja interfeisa loģiku daudz robustāku.

            
// 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
              
            
          

Šī pieeja garantē, ka esat ieviesis lietotāja interfeisu katram iespējamam jūsu datu ielādes stāvoklim. Jūs nevarat nejauši aizmirst apstrādāt ielādes vai kļūdas gadījumu.

Labāko prakšu kopsavilkums

• Modelējiet ar diskriminētām savienībām: Ikreiz, kad jums ir vērtība, kas var būt viena no vairākām atšķirīgām formām, izmantojiet diskriminētu savienību. Tas ir tipu drošu rakstu pamats TypeScript.
• Vienmēr nodrošiniet izsmeļamību: Neatkarīgi no tā, vai izmantojat `never` triku ar `switch` paziņojumu vai bibliotēkas `.exhaustive()` metodi, nekad neatstājiet atbilstības pārbaudi nepabeigtu. No tā nāk drošība.
• Izvēlieties pareizo rīku: Vienkāršiem gadījumiem `switch` paziņojums ir piemērots. Sarežģītai loģikai, ligzdotai atbilstības pārbaudei vai funkcionālākai stilam, tāda bibliotēka kā `ts-pattern` ievērojami uzlabos lasāmību un samazinās atkārtojošo kodu.
• Saglabājiet rakstus lasāmus: Mērķis ir skaidrība. Izvairieties no pārmērīgi sarežģītiem, ligzdotiem rakstiem, kurus ir grūti saprast vienā mirklī. Dažreiz atbilstības sadalīšana mazākās funkcijās ir labāka pieeja.

Secinājums: Droša JavaScript nākotnes rakstīšana

Atbilstības pārbaude ir vairāk nekā tikai sintaktiskais cukurs; tā ir paradigma, kas noved pie deklaratīvāka, lasāmāka un — pats galvenais — robustāka koda. Kamēr mēs ar nepacietību gaidām tās dzimto ierašanos JavaScript, mums nav jāgaida, lai gūtu tās priekšrocības.

Izmantojot TypeScript statiskās tipu sistēmas jaudu, īpaši ar diskriminētām savienībām, mēs varam veidot sistēmas, kas ir verificējamas kompilācijas laikā. Šī pieeja būtiski pārvieto kļūdu noteikšanu no izpildlaika uz izstrādes laiku, ietaupot neskaitāmas stundas atkļūdošanā un novēršot ražošanas incidentus. Bibliotēkas, piemēram, `ts-pattern`, balstās uz šo stabilo pamatu, nodrošinot elegantu un jaudīgu API, kas padara tipu droša koda rakstīšanu par prieku.

Kompilācijas laika atbilstības verifikācijas ieviešana ir solis ceļā uz noturīgāku un uzturamāku lietojumprogrammu rakstīšanu. Tā mudina jūs skaidri domāt par visiem iespējamiem datu stāvokļiem, novēršot neskaidrības un padarot jūsu koda loģiku kristāldzidru. Sāciet modelēt savu domēnu ar diskriminētām savienībām jau šodien un ļaujiet TypeScript kompilatoram būt jūsu nenogurstošam partnerim bezkļūdu programmatūras izveidē.