JavaScript cauruļvada operatora tipu noteikšana: dziļāka iedziļināšanās funkciju ķēdes tipu drošībā

Mūsdienu programmatūras izstrādes pasaulē tīra, lasāma un uzturama koda rakstīšana nav tikai labākā prakse; tā ir nepieciešamība globālām komandām, kas sadarbojas dažādās laika joslās un ar dažādu pieredzi. JavaScript kā tīmekļa lingua franca ir nepārtraukti attīstījusies, lai apmierinātu šīs prasības. Viens no visvairāk gaidītajiem valodas papildinājumiem ir cauruļvada operators (|>), funkcija, kas sola fundamentāli mainīt veidu, kā mēs veidojam funkciju kompozīcijas.

Lai gan daudzas diskusijas par cauruļvada operatoru koncentrējas uz tā estētiskajām un lasāmības priekšrocībām, tā dziļākā ietekme slēpjas jomā, kas ir kritiska liela mēroga lietojumprogrammām: tipu drošībā. Apvienojumā ar statisko tipu pārbaudītāju, piemēram, TypeScript, cauruļvada operators kļūst par spēcīgu rīku, lai nodrošinātu, ka dati pareizi plūst caur transformāciju sēriju, kompilatoram notverot kļūdas, pirms tās jebkad nonāk produkcijā. Šis raksts piedāvā dziļu ieskatu simbiotiskajās attiecībās starp cauruļvada operatoru un tipu noteikšanu, pētot, kā tas ļauj izstrādātājiem veidot sarežģītas, bet ievērojami drošas funkciju ķēdes.

Izpratne par cauruļvada operatoru: no haosa līdz skaidrībai

Pirms mēs varam novērtēt tā ietekmi uz tipu drošību, mums vispirms ir jāsaprot problēma, ko atrisina cauruļvada operators. Tas risina bieži sastopamu programmēšanas modeli: vērtības paņemšana un vairāku funkciju secīga piemērošana tai, kur vienas funkcijas izvade kļūst par nākamās ievadi.

Problēma: funkciju izsaukumu 'nolemtības piramīda'

Apsveriet vienkāršu datu transformācijas uzdevumu. Mums ir lietotāja objekts, un mēs vēlamies iegūt viņa vārdu, pārveidot to par lielajiem burtiem un pēc tam noņemt visas atstarpes. Standarta JavaScript valodā jūs to varētu uzrakstīt šādi:

            const user = { firstName: '  johnny ', lastName: 'appleseed' };

function getFirstName(person) {
  return person.firstName;
}

function toUpperCase(text) {
  return text.toUpperCase();
}

function trim(text) {
  return text.trim();
}

// The nested approach
const result = trim(toUpperCase(getFirstName(user)));

console.log(result); // "JOHNNY"

            

              
                Copy
              
            
          

Šis kods darbojas, bet tam ir būtiska lasāmības problēma. Lai saprastu operāciju secību, jums tas jālasa no iekšpuses uz āru: vispirms `getFirstName`, tad `toUpperCase`, tad `trim`. Palielinoties transformāciju skaitam, šī ligzdotā struktūra kļūst arvien grūtāk analizējama, atkļūdojama un uzturama — modelis, ko bieži dēvē par 'nolemtības piramīdu' vai 'ligzdoto elli'.

Risinājums: lineāra pieeja ar cauruļvada operatoru

Cauruļvada operators, kas pašlaik ir 2. posma priekšlikums TC39 (komitejā, kas standartizē JavaScript), piedāvā elegantu, lineāru alternatīvu. Tas paņem vērtību no kreisās puses un nodod to kā argumentu funkcijai labajā pusē.

Izmantojot F# stila priekšlikumu, kas ir versija, kas ir virzījusies uz priekšu, iepriekšējo piemēru var pārrakstīt šādi:

            // The pipeline approach
const result = user 
  |> getFirstName 
  |> toUpperCase 
  |> trim;

console.log(result); // "JOHNNY"

            

              
                Copy
              
            
          

Atšķirība ir dramatiska. Kods tagad lasās dabiski no kreisās uz labo pusi, atspoguļojot faktisko datu plūsmu. `user` tiek novadīts uz `getFirstName`, tā rezultāts tiek novadīts uz `toUpperCase`, un šis rezultāts tiek novadīts uz `trim`. Šī lineārā, soli pa solim struktūra ir ne tikai vieglāk lasāma, bet arī ievērojami vieglāk atkļūdojama, kā redzēsim vēlāk.

Piezīme par konkurējošiem priekšlikumiem

Vēsturiskā un tehniskā konteksta dēļ ir vērts atzīmēt, ka bija divi galvenie priekšlikumi cauruļvada operatoram:

• F# stils (vienkāršs): Šis ir priekšlikums, kas ir guvis popularitāti un pašlaik ir 2. posmā. Izteiksme x |> f ir tiešs ekvivalents f(x). Tas ir vienkāršs, paredzams un lieliski piemērots unāro funkciju kompozīcijai.
• Smart Mix (ar tēmas atsauci): Šis priekšlikums bija elastīgāks, ieviešot īpašu vietturi (piemēram, # vai ^), lai attēlotu vērtību, kas tiek novadīta. Tas ļautu veikt sarežģītākas operācijas, piemēram, value |> Math.max(10, #). Lai gan tas ir spēcīgs, tā pievienotā sarežģītība lika dot priekšroku vienkāršākajam F# stilam standartizācijai.

Atlikušajā raksta daļā mēs koncentrēsimies uz F# stila cauruļvadu, jo tas ir visticamākais kandidāts iekļaušanai JavaScript standartā.

Spēles mainītājs: tipu noteikšana un statiskā tipu drošība

Lasāmība ir fantastiska priekšrocība, bet patiesais cauruļvada operatora spēks tiek atklāts, kad tiek ieviesta statiska tipu sistēma, piemēram, TypeScript. Tas pārveido vizuāli pievilcīgu sintaksi par robustu sistēmu bezkļūdu datu apstrādes ķēžu veidošanai.

Kas ir tipu noteikšana? Ātrs atgādinājums

Tipu noteikšana ir daudzu statiski tipizētu valodu iezīme, kur kompilators vai tipu pārbaudītājs var automātiski secināt izteiksmes datu tipu, neizstrādātājam to skaidri norādot. Piemēram, TypeScript, ja jūs rakstāt const name = "Alice";, kompilators secina, ka mainīgais `name` ir `string` tipa.

Tipu drošība tradicionālajās funkciju ķēdēs

Pievienosim TypeScript tipus mūsu sākotnējam ligzdotajam piemēram, lai redzētu, kā tur darbojas tipu drošība. Vispirms definēsim mūsu tipus un tipizētās funkcijas:

            interface User {
  id: number;
  firstName: string;
  lastName: string;
}

const user: User = { id: 1, firstName: '  clara ', lastName: 'oswald' };

const getFirstName = (person: User): string => person.firstName;

const toUpperCase = (text: string): string => text.toUpperCase();

const trim = (text: string): string => text.trim();

// TypeScript correctly infers 'result' is of type 'string'
const result: string = trim(toUpperCase(getFirstName(user)));

            

              
                Copy
              
            
          

Šeit TypeScript nodrošina pilnīgu tipu drošību. Tas pārbauda, vai:

1. getFirstName saņem argumentu, kas ir saderīgs ar `User` saskarni.
2. getFirstName atgrieztā vērtība (a `string`) atbilst `toUpperCase` sagaidītajam ievades tipam (a `string`).
3. toUpperCase atgrieztā vērtība (a `string`) atbilst `trim` sagaidītajam ievades tipam (a `string`).

Ja mēs pieļautu kļūdu, piemēram, mēģinātu nodot visu `user` objektu funkcijai `toUpperCase`, TypeScript nekavējoties paziņotu par kļūdu: toUpperCase(user) // Kļūda: 'User' tipa arguments nav piešķirams 'string' tipa parametram.

Kā cauruļvada operators pastiprina tipu noteikšanu

Tagad apskatīsim, kas notiek, kad mēs izmantojam cauruļvada operatoru šajā tipizētajā vidē. Lai gan TypeScript vēl nav iebūvēta atbalsta operatora sintaksei, mūsdienīgas izstrādes vides, kas izmanto Babel koda transpilēšanai, ļauj TypeScript pārbaudītājam to pareizi analizēt.

            // Assume a setup where Babel transpiles the pipeline operator

const finalResult: string = user
  |> getFirstName   // Input: User, Output inferred as string
  |> toUpperCase    // Input: string, Output inferred as string
  |> trim;           // Input: string, Output inferred as string

            

              
                Copy
              
            
          

Šeit notiek maģija. TypeScript kompilators seko datu plūsmai tieši tā, kā mēs to darām, lasot kodu:

1. Tas sāk ar `user`, par kuru tas zina, ka tas ir `User` tipa.
2. Tas redz, ka `user` tiek novadīts uz `getFirstName`. Tas pārbauda, vai `getFirstName` var pieņemt `User` tipu. Tā var. Tad tas secina, ka šī pirmā soļa rezultāts ir `getFirstName` atgriešanās tips, kas ir `string`.
3. Šis secinātais `string` tagad kļūst par ievadi nākamajam cauruļvada posmam. Tas tiek novadīts uz `toUpperCase`. Kompilators pārbauda, vai `toUpperCase` pieņem `string`. Tā pieņem. Šī posma rezultāts tiek secināts kā `string`.
4. Šis jaunais `string` tiek novadīts uz `trim`. Kompilators pārbauda tipu saderību un secina, ka visa cauruļvada gala rezultāts ir `string`.

Visa ķēde tiek statiski pārbaudīta no sākuma līdz beigām. Mēs iegūstam tādu pašu tipu drošības līmeni kā ligzdotajā versijā, bet ar daudz pārāku lasāmību un izstrādātāja pieredzi.

Agrīna kļūdu notveršana: praktisks tipu neatbilstības piemērs

Šīs tipu drošās ķēdes patiesā vērtība kļūst acīmredzama, kad tiek pieļauta kļūda. Izveidosim funkciju, kas atgriež `number`, un nepareizi ievietosim to mūsu virkņu apstrādes cauruļvadā.

            const getUserId = (person: User): number => person.id;

// Incorrect pipeline
const invalidResult = user
  |> getFirstName   // OK: User -> string
  |> getUserId      // ERROR! getUserId expects a User, but receives a string
  |> toUpperCase;

            

              
                Copy
              
            
          

Šeit TypeScript nekavējoties izmestu kļūdu `getUserId` rindā. Ziņojums būtu kristāldzidrs: 'string' tipa arguments nav piešķirams 'User' tipa parametram. Kompilators konstatēja, ka `getFirstName` izvade (`string`) neatbilst `getUserId` nepieciešamajai ievadei (`User`).

Pamēģināsim citu kļūdu:

            const invalidResult2 = user
  |> getUserId      // OK: User -> number
  |> toUpperCase;    // ERROR! toUpperCase expects a string, but receives a number

            

              
                Copy
              
            
          

Šajā gadījumā pirmais solis ir derīgs. `user` objekts tiek pareizi nodots `getUserId`, un rezultāts ir `number`. Tomēr pēc tam cauruļvads mēģina nodot šo `number` funkcijai `toUpperCase`. TypeScript to nekavējoties atzīmē ar citu skaidru kļūdu: 'number' tipa arguments nav piešķirams 'string' tipa parametram.

Šī tūlītējā, lokalizētā atgriezeniskā saite ir nenovērtējama. Cauruļvada sintakses lineārā daba padara triviālu precīzi noteikt, kur notikusi tipu neatbilstība, tieši kļūmes vietā ķēdē.

Sarežģītāki scenāriji un tipu droši modeļi

Cauruļvada operatora un tā tipu noteikšanas spēju priekšrocības sniedzas tālāk par vienkāršām, sinhronām funkciju ķēdēm. Izpētīsim sarežģītākus, reālās pasaules scenārijus.

Darbs ar asinhronām funkcijām un 'Promises'

Datu apstrāde bieži ietver asinhronas operācijas, piemēram, datu ielādi no API. Definēsim dažas asinhronas funkcijas:

            interface Post { id: number; userId: number; title: string; body: string; }

const fetchPost = async (id: number): Promise<Post> => {
  const response = await fetch(`https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/${id}`);
  return response.json();
};

const getTitle = (post: Post): string => post.title;

// We need to use 'await' in an async context
async function getPostTitle(id: number): Promise<string> {
  const post = await fetchPost(id);
  const title = getTitle(post);
  return title; 
}

            

              
                Copy
              
            
          

F# cauruļvada priekšlikumam nav īpašas sintakses `await`. Tomēr jūs joprojām varat to izmantot `async` funkcijas ietvaros. Galvenais ir tas, ka 'Promises' var novadīt uz funkcijām, kas atgriež jaunus 'Promises', un TypeScript tipu noteikšana ar to lieliski tiek galā.

            const extractJson = <T>(res: Response): Promise<T> => res.json();

async function getPostTitlePipeline(id: number): Promise<string> {
  const url = `https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/${id}`;

  const title = await (url
    |> fetch // fetch returns a Promise<Response>
    |> p => p.then(extractJson<Post>) // .then returns a Promise<Post>
    |> p => p.then(getTitle) // .then returns a Promise<string>
  );

  return title;
}

            

              
                Copy
              
            
          

Šajā piemērā TypeScript pareizi nosaka tipu katrā 'Promise' ķēdes posmā. Tas zina, ka `fetch` atgriež `Promise`, ka `p.then(extractJson)` to pārveido par `Promise`, un ka `p.then(getTitle)` to pārveido par `Promise`. Galīgais `await` to atritina līdz `string`. Viss cauruļvads paliek tipu drošs, pat pāri asinhronām robežām.

'Currying' un daļēja pielietošana maksimālai kompozīcijas spējai

Funkcionālā programmēšana lielā mērā balstās uz tādiem jēdzieniem kā 'currying' un daļēja pielietošana, kas ir ideāli piemēroti cauruļvada operatoram. 'Currying' ir process, kurā funkcija, kas pieņem vairākus argumentus, tiek pārveidota par funkciju secību, kur katra pieņem vienu argumentu.

Apsveriet vispārīgu `map` un `filter` funkciju, kas paredzēta kompozīcijai:

            // Curried map function: takes a function, returns a new function that takes an array
const map = <T, U>(fn: (item: T) => U) => (arr: T[]): U[] => arr.map(fn);

// Curried filter function
const filter = <T>(predicate: (item: T) => boolean) => (arr: T[]): T[] => arr.filter(predicate);

const numbers: number[] = [1, 2, 3, 4, 5, 6];

// Create partially applied functions
const double = map((n: number) => n * 2);
const isGreaterThanFive = filter((n: number) => n > 5);

const processedNumbers = numbers
  |> double               // TypeScript infers the output is number[]
  |> isGreaterThanFive;   // TypeScript infers the final output is number[]

console.log(processedNumbers); // [6, 8, 10, 12]

            

              
                Copy
              
            
          

Šeit TypeScript noteikšanas dzinējs spīd. Tas saprot, ka `double` ir funkcija ar tipu `(arr: number[]) => number[]`. Kad `numbers` (kas ir `number[]`) tiek novadīts tajā, kompilators apstiprina tipu atbilstību un secina, ka rezultāts arī ir `number[]`. Šis rezultējošais masīvs pēc tam tiek novadīts uz `isGreaterThanFive`, kam ir saderīgs paraksts, un gala rezultāts tiek pareizi secināts kā `number[]`. Šis modelis ļauj jums izveidot bibliotēku ar atkārtoti lietojamiem, tipu drošiem datu transformācijas 'Lego klucīšiem', kurus var sastādīt jebkurā secībā, izmantojot cauruļvada operatoru.

Plašāka ietekme: izstrādātāja pieredze un koda uzturēšana

Sinerģija starp cauruļvada operatoru un tipu noteikšanu sniedzas tālāk par vienkāršu kļūdu novēršanu; tā fundamentāli uzlabo visu izstrādes dzīves ciklu.

Atkļūdošana padarīta vienkāršāka

Ligzdota funkciju izsaukuma, piemēram, `c(b(a(x)))`, atkļūdošana var būt nomācoša. Lai pārbaudītu starpvērtību starp `a` un `b`, jums ir jāsadala izteiksme. Ar cauruļvada operatoru atkļūdošana kļūst triviāla. Jūs varat ievietot žurnālēšanas funkciju jebkurā ķēdes punktā, nepārstrukturējot kodu.

            // A generic 'tap' or 'spy' function for debugging
const tap = <T>(label: string) => (value: T): T => {
  console.log(`[${label}]:`, value);
  return value;
};

const result = user
  |> getFirstName
  |> tap('After getFirstName') // Inspect the value here
  |> toUpperCase
  |> tap('After toUpperCase') // And here
  |> trim;

            

              
                Copy
              
            
          

Pateicoties TypeScript vispārīgajiem tipiem (generics), mūsu `tap` funkcija ir pilnībā tipu droša. Tā pieņem `T` tipa vērtību un atgriež tā paša `T` tipa vērtību. Tas nozīmē, ka to var ievietot jebkurā cauruļvada vietā, nepārtraucot tipu ķēdi. Kompilators saprot, ka `tap` izvadei ir tāds pats tips kā tās ievadei, tāpēc tipu informācijas plūsma turpinās nepārtraukti.

Vārti uz funkcionālo programmēšanu JavaScript

Daudziem izstrādātājiem cauruļvada operators kalpo kā pieejams sākumpunkts funkcionālās programmēšanas principu apguvei. Tas dabiski veicina mazu, tīru, viena uzdevuma funkciju izveidi. Tīra funkcija ir tāda, kuras atgrieztā vērtība ir atkarīga tikai no tās ievades vērtībām, bez novērojamiem blakusefektiem. Par šādām funkcijām ir vieglāk spriest, tās testēt izolēti un atkārtoti izmantot projektā — visas robustas, mērogojamas programmatūras arhitektūras pazīmes.

Globālā perspektīva: mācīšanās no citām valodām

Cauruļvada operators nav jauns izgudrojums. Tas ir praksē pārbaudīts koncepts, kas aizgūts no citām veiksmīgām programmēšanas valodām un vidēm. Valodās, piemēram, F#, Elixir un Julia, jau sen ir bijis cauruļvada operators kā galvenā sintakses daļa, kur tas tiek slavēts par deklaratīva un lasāma koda veicināšanu. Tā konceptuālais priekštecis ir Unix caurule (`|`), ko gadu desmitiem ilgi izmanto sistēmu administratori un izstrādātāji visā pasaulē, lai saķēdētu komandrindas rīkus. Šī operatora ieviešana JavaScript valodā ir apliecinājums tā pierādītajai lietderībai un solis ceļā uz spēcīgu programmēšanas paradigmu saskaņošanu dažādās ekosistēmās.

Kā lietot cauruļvada operatoru jau šodien

Tā kā cauruļvada operators joprojām ir TC39 priekšlikums un vēl nav daļa no neviena oficiāla JavaScript dzinēja, jums ir nepieciešams transpilators, lai to izmantotu savos projektos jau šodien. Visizplatītākais rīks šim nolūkam ir Babel.

1. Transpilēšana ar Babel

Jums būs jāinstalē Babel spraudnis cauruļvada operatoram. Pārliecinieties, ka norādāt `'fsharp'` priekšlikumu, jo tas ir tas, kurš virzās uz priekšu.

Instalējiet atkarību:

            npm install --save-dev @babel/plugin-proposal-pipeline-operator
            

              
                Copy
              
            
          

Pēc tam konfigurējiet savus Babel iestatījumus (piemēram, `.babelrc.json` failā):

            {
  "plugins": [
    ["@babel/plugin-proposal-pipeline-operator", { "proposal": "fsharp" }]
  ]
}

            

              
                Copy
              
            
          

2. Integrācija ar TypeScript

Pats TypeScript netranspilē cauruļvada operatora sintaksi. Standarta konfigurācija ir izmantot TypeScript tipu pārbaudei un Babel transpilēšanai.

1. Tipu pārbaude: Jūsu koda redaktors (piemēram, VS Code) un TypeScript kompilators (tsc) analizēs jūsu kodu un nodrošinās tipu noteikšanu un kļūdu pārbaudi tā, it kā šī funkcija būtu iebūvēta. Tas ir izšķirošs solis, lai baudītu tipu drošību.
2. Transpilēšana: Jūsu būvēšanas process izmantos Babel (ar `@babel/preset-typescript` un cauruļvada spraudni), lai vispirms noņemtu TypeScript tipus un pēc tam pārveidotu cauruļvada sintaksi par standarta, saderīgu JavaScript, kas var darboties jebkurā pārlūkprogrammā vai Node.js vidē.

Šis divu soļu process sniedz jums labāko no abām pasaulēm: progresīvas valodas funkcijas ar robustu, statisku tipu drošību.

Secinājums: tipu droša nākotne JavaScript kompozīcijai

JavaScript cauruļvada operators ir daudz vairāk nekā tikai sintaktiskais cukurs. Tas pārstāv paradigmas maiņu uz deklaratīvāku, lasāmāku un uzturamāku kodēšanas stilu. Tomēr tā patiesais potenciāls tiek pilnībā realizēts tikai tad, kad to apvieno ar spēcīgu tipu sistēmu, piemēram, TypeScript.

Nodrošinot lineāru, intuitīvu sintaksi funkciju kompozīcijai, cauruļvada operators ļauj TypeScript jaudīgajam tipu noteikšanas dzinējam plūstoši pāriet no vienas transformācijas uz nākamo. Tas apstiprina katru datu ceļojuma soli, notverot tipu neatbilstības un loģiskās kļūdas kompilēšanas laikā. Šī sinerģija dod izstrādātājiem visā pasaulē iespēju veidot sarežģītu datu apstrādes loģiku ar jaunu pārliecību, zinot, ka ir novērsta vesela klase izpildlaika kļūdu.

Kamēr priekšlikums turpina savu ceļu, lai kļūtu par standarta daļu JavaScript valodā, tā pieņemšana jau šodien, izmantojot tādus rīkus kā Babel, ir tālredzīgs ieguldījums koda kvalitātē, izstrādātāju produktivitātē un, pats galvenais, dzelžainā tipu drošībā.