Opanowanie bezpieczeństwa typów: Kompleksowy przewodnik po strażnikach typów i asercjach typów

W świecie tworzenia oprogramowania, zwłaszcza podczas pracy z językami dynamicznie typowanymi, takimi jak JavaScript, utrzymanie bezpieczeństwa typów może być znaczącym wyzwaniem. TypeScript, nadzbiór JavaScriptu, rozwiązuje ten problem, wprowadzając statyczne typowanie. Jednak nawet w systemie typów TypeScript pojawiają się sytuacje, w których kompilator potrzebuje pomocy w wywnioskowaniu prawidłowego typu zmiennej. Właśnie tutaj do gry wchodzą strażnicy typów (type guards) i asercje typów (type assertions). Ten kompleksowy przewodnik zagłębi się w te potężne funkcje, dostarczając praktycznych przykładów i najlepszych praktyk, aby zwiększyć niezawodność i łatwość utrzymania kodu.

Czym są strażnicy typów?

Strażnicy typów to wyrażenia TypeScript, które zawężają typ zmiennej w określonym zakresie. Pozwalają kompilatorowi zrozumieć typ zmiennej z większą precyzją, niż pierwotnie wywnioskował. Jest to szczególnie przydatne przy pracy z typami unijnymi lub gdy typ zmiennej zależy od warunków wykonania. Używając strażników typów, można unikać błędów w czasie wykonania i pisać bardziej solidny kod.

Powszechne techniki strażników typów

TypeScript dostarcza kilka wbudowanych mechanizmów do tworzenia strażników typów:

• typeof operator: Sprawdza prymitywny typ zmiennej (np. "string", "number", "boolean", "undefined", "object", "function", "symbol", "bigint").
• instanceof operator: Sprawdza, czy obiekt jest instancją określonej klasy.
• in operator: Sprawdza, czy obiekt posiada określoną właściwość.
• Niestandardowe funkcje strażników typów: Funkcje, które zwracają predykat typu, czyli specjalny rodzaj wyrażenia logicznego, którego TypeScript używa do zawężania typów.

Używanie typeof

Operator typeof to prosty sposób na sprawdzenie prymitywnego typu zmiennej. Zwraca on ciąg znaków wskazujący typ.

function printValue(value: string | number) {
  if (typeof value === "string") {
    console.log(value.toUpperCase()); // TypeScript wie, że 'value' jest tutaj stringiem
  } else {
    console.log(value.toFixed(2)); // TypeScript wie, że 'value' jest tutaj liczbą
  }
}

printValue("hello"); // Wynik: HELLO
printValue(3.14159); // Wynik: 3.14

Używanie instanceof

Operator instanceof sprawdza, czy obiekt jest instancją określonej klasy. Jest to szczególnie przydatne podczas pracy z dziedziczeniem.

class Animal {
  name: string;
  constructor(name: string) {
    this.name = name;
  }
}

class Dog extends Animal {
  bark() {
    console.log("Woof!");
  }
}

function makeSound(animal: Animal) {
  if (animal instanceof Dog) {
    animal.bark(); // TypeScript wie, że 'animal' jest tutaj psem (Dog)
  } else {
    console.log("Generic animal sound");
  }
}

const myDog = new Dog("Buddy");
const myAnimal = new Animal("Generic Animal");

makeSound(myDog); // Wynik: Woof!
makeSound(myAnimal); // Wynik: Generic animal sound

Używanie in

Operator in sprawdza, czy obiekt posiada określoną właściwość. Jest to przydatne w przypadku obiektów, które mogą mieć różne właściwości w zależności od ich typu.

interface Bird {
  fly(): void;
  layEggs(): void;
}

interface Fish {
  swim(): void;
  layEggs(): void;
}

function move(animal: Bird | Fish) {
  if ("fly" in animal) {
    animal.fly(); // TypeScript wie, że 'animal' jest tutaj ptakiem (Bird)
  } else {
    animal.swim(); // TypeScript wie, że 'animal' jest tutaj rybą (Fish)
  }
}

const myBird: Bird = { fly: () => console.log("Flying"), layEggs: () => console.log("Laying eggs") };
const myFish: Fish = { swim: () => console.log("Swimming"), layEggs: () => console.log("Laying eggs") };

move(myBird); // Wynik: Flying
move(myFish); // Wynik: Swimming

Niestandardowe funkcje strażników typów

W bardziej złożonych scenariuszach można zdefiniować własne funkcje strażników typów. Funkcje te zwracają predykat typu, który jest wyrażeniem logicznym używanym przez TypeScript do zawężenia typu zmiennej. Predykat typu ma postać zmienna is Typ.

interface Square {
  kind: "square";
  size: number;
}

interface Circle {
  kind: "circle";
  radius: number;
}

type Shape = Square | Circle;

function isSquare(shape: Shape): shape is Square {
  return shape.kind === "square";
}

function getArea(shape: Shape) {
  if (isSquare(shape)) {
    return shape.size * shape.size; // TypeScript wie, że 'shape' jest tutaj kwadratem (Square)
  } else {
    return Math.PI * shape.radius * shape.radius; // TypeScript wie, że 'shape' jest tutaj kołem (Circle)
  }
}

const mySquare: Square = { kind: "square", size: 5 };
const myCircle: Circle = { kind: "circle", radius: 3 };

console.log(getArea(mySquare)); // Wynik: 25
console.log(getArea(myCircle)); // Wynik: 28.274333882308138

Czym są asercje typów?

Asercje typów to sposób na poinformowanie kompilatora TypeScript, że wiemy więcej o typie zmiennej, niż on jest w stanie zrozumieć. Są one sposobem na nadpisanie wnioskowania typów przez TypeScript i jawne określenie typu wartości. Ważne jest jednak, aby używać asercji typów z ostrożnością, ponieważ mogą one ominąć sprawdzanie typów przez TypeScript i potencjalnie prowadzić do błędów w czasie wykonania, jeśli zostaną użyte nieprawidłowo.

Asercje typów mają dwie formy:

• Składnia z nawiasami ostrymi: <Type>value
• Słowo kluczowe as: value as Type

Słowo kluczowe as jest generalnie preferowane, ponieważ jest bardziej kompatybilne z JSX.

Kiedy używać asercji typów

Asercje typów są zazwyczaj używane w następujących scenariuszach:

• Gdy jesteś pewien typu zmiennej, którego TypeScript nie jest w stanie wywnioskować.
• Podczas pracy z kodem, który współdziała z bibliotekami JavaScript, które nie są w pełni otypowane.
• Gdy potrzebujesz przekonwertować wartość na bardziej szczegółowy typ.

Przykłady asercji typów

Jawna asercja typu

W tym przykładzie dokonujemy asercji, że wywołanie document.getElementById zwróci HTMLCanvasElement. Bez tej asercji TypeScript wywnioskowałby bardziej ogólny typ HTMLElement | null.

const canvas = document.getElementById("myCanvas") as HTMLCanvasElement;
const ctx = canvas.getContext("2d"); // TypeScript wie, że 'canvas' jest tutaj elementem HTMLCanvasElement

if (ctx) {
  ctx.fillStyle = "#FF0000";
  ctx.fillRect(0, 0, 150, 75);
}

Praca z typami nieznanymi (unknown)

Podczas pracy z danymi z zewnętrznego źródła, takiego jak API, możesz otrzymać dane o nieznanym typie. Możesz użyć asercji typu, aby poinformować TypeScript, jak ma traktować te dane.

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

async function fetchUser(id: number): Promise<User> {
  const response = await fetch(`https://jsonplaceholder.typicode.com/users/${id}`);
  const data = await response.json();
  return data as User; // Asercja, że dane to obiekt typu User
}

fetchUser(1)
  .then(user => {
    console.log(user.name); // TypeScript wie, że 'user' jest tutaj obiektem typu User
  })
  .catch(error => {
    console.error("Błąd podczas pobierania użytkownika:", error);
  });

Ostrzeżenia dotyczące używania asercji typów

Asercje typów powinny być używane oszczędnie i z ostrożnością. Nadużywanie asercji typów może maskować podstawowe błędy typów i prowadzić do problemów w czasie wykonania. Oto kilka kluczowych kwestii:

• Unikaj wymuszonych asercji: Nie używaj asercji typów, aby zmusić wartość do przyjęcia typu, którym ewidentnie nie jest. Może to ominąć sprawdzanie typów przez TypeScript i prowadzić do nieoczekiwanego zachowania.
• Preferuj strażników typów: Jeśli to możliwe, używaj strażników typów zamiast asercji typów. Strażnicy typów zapewniają bezpieczniejszy i bardziej niezawodny sposób na zawężanie typów.
• Waliduj dane: Jeśli dokonujesz asercji typu danych z zewnętrznego źródła, rozważ walidację danych względem schematu, aby upewnić się, że odpowiadają oczekiwanemu typowi.

Zawężanie typów (Type Narrowing)

Strażnicy typów są nierozerwalnie związani z koncepcją zawężania typów (type narrowing). Zawężanie typów to proces doprecyzowywania typu zmiennej do bardziej szczegółowego typu na podstawie warunków lub sprawdzeń w czasie wykonania. Strażnicy typów to narzędzia, których używamy do osiągnięcia zawężania typów.

TypeScript używa analizy przepływu sterowania, aby zrozumieć, jak typ zmiennej zmienia się w różnych gałęziach kodu. Kiedy używany jest strażnik typu, TypeScript aktualizuje swoje wewnętrzne rozumienie typu zmiennej, co pozwala na bezpieczne używanie metod i właściwości specyficznych dla tego typu.

Przykład zawężania typów

function processValue(value: string | number | null) {
  if (value === null) {
    console.log("Value is null");
  } else if (typeof value === "string") {
    console.log(value.toUpperCase()); // TypeScript wie, że 'value' jest tutaj stringiem
  } else {
    console.log(value.toFixed(2)); // TypeScript wie, że 'value' jest tutaj liczbą
  }
}

processValue("test"); // Wynik: TEST
processValue(123.456); // Wynik: 123.46
processValue(null); // Wynik: Value is null

Najlepsze praktyki

Aby efektywnie wykorzystać strażników typów i asercje typów w swoich projektach TypeScript, rozważ następujące najlepsze praktyki:

• Preferuj strażników typów nad asercjami typów: Strażnicy typów zapewniają bezpieczniejszy i bardziej niezawodny sposób na zawężanie typów. Używaj asercji typów tylko wtedy, gdy jest to konieczne i z ostrożnością.
• Używaj niestandardowych strażników typów w złożonych scenariuszach: W przypadku złożonych relacji między typami lub niestandardowych struktur danych, zdefiniuj własne funkcje strażników typów, aby poprawić czytelność i łatwość utrzymania kodu.
• Dokumentuj asercje typów: Jeśli używasz asercji typów, dodaj komentarze wyjaśniające, dlaczego ich używasz i dlaczego uważasz, że asercja jest bezpieczna.
• Waliduj dane zewnętrzne: Podczas pracy z danymi z zewnętrznych źródeł, waliduj dane względem schematu, aby upewnić się, że odpowiadają oczekiwanemu typowi. Pomocne w tym mogą być biblioteki takie jak zod czy yup.
• Dbaj o dokładność definicji typów: Upewnij się, że twoje definicje typów dokładnie odzwierciedlają strukturę danych. Niedokładne definicje typów mogą prowadzić do nieprawidłowego wnioskowania typów i błędów w czasie wykonania.
• Włącz tryb ścisły (Strict Mode): Użyj trybu ścisłego TypeScript (strict: true w tsconfig.json), aby włączyć bardziej rygorystyczne sprawdzanie typów i wcześnie wykrywać potencjalne błędy.

Kwestie międzynarodowe

Podczas tworzenia aplikacji dla globalnej publiczności, należy pamiętać, jak strażnicy typów i asercje typów mogą wpływać na procesy lokalizacji i internacjonalizacji (i18n). W szczególności należy wziąć pod uwagę:

• Formatowanie danych: Formaty liczb i dat znacznie różnią się w zależności od lokalizacji. Wykonując sprawdzanie typów lub asercje na wartościach numerycznych lub datach, upewnij się, że używasz funkcji formatujących i parsujących świadomych lokalizacji. Na przykład, używaj bibliotek takich jak Intl.NumberFormat i Intl.DateTimeFormat do formatowania i parsując liczby i daty zgodnie z lokalizacją użytkownika. Błędne założenie określonego formatu (np. amerykańskiego formatu daty MM/DD/YYYY) może prowadzić do błędów w innych lokalizacjach.
• Obsługa walut: Symbole i formatowanie walut również różnią się na świecie. Pracując z wartościami pieniężnymi, używaj bibliotek obsługujących formatowanie i konwersję walut, i unikaj na sztywno wpisywanych symboli walut. Upewnij się, że twoi strażnicy typów poprawnie obsługują różne typy walut i zapobiegają przypadkowemu mieszaniu walut.
• Kodowanie znaków: Bądź świadomy problemów z kodowaniem znaków, zwłaszcza podczas pracy z ciągami znaków. Upewnij się, że twój kod poprawnie obsługuje znaki Unicode i unika założeń dotyczących zestawów znaków. Rozważ użycie bibliotek, które dostarczają funkcje do manipulacji ciągami znaków świadome Unicode.
• Języki od prawej do lewej (RTL): Jeśli twoja aplikacja obsługuje języki RTL, takie jak arabski czy hebrajski, upewnij się, że twoi strażnicy typów i asercje poprawnie obsługują kierunkowość tekstu. Zwróć uwagę na to, jak tekst RTL może wpływać na porównywanie i walidację ciągów znaków.

Podsumowanie

Strażnicy typów i asercje typów to niezbędne narzędzia do zwiększania bezpieczeństwa typów i pisania bardziej solidnego kodu w TypeScript. Rozumiejąc, jak efektywnie korzystać z tych funkcji, można zapobiegać błędom w czasie wykonania, poprawiać łatwość utrzymania kodu i tworzyć bardziej niezawodne aplikacje. Pamiętaj, aby w miarę możliwości preferować strażników typów nad asercjami typów, dokumentować swoje asercje i walidować dane zewnętrzne, aby zapewnić dokładność informacji o typach. Stosowanie tych zasad pozwoli Ci tworzyć bardziej stabilne i przewidywalne oprogramowanie, gotowe do wdrożenia na całym świecie.