Cách sử dụng kiểu Never: Kiểm tra toàn diện so với Xử lý lỗi

Trong lĩnh vực phát triển phần mềm, việc đảm bảo tính đúng đắn và mạnh mẽ của mã là tối quan trọng. Có hai phương pháp chính để đạt được điều này: kiểm tra toàn diện, đảm bảo rằng tất cả các kịch bản có thể xảy ra đều được tính đến, và xử lý lỗi truyền thống, giải quyết các sự cố tiềm ẩn. Bài viết này đi sâu vào tiện ích của kiểu 'never', một công cụ mạnh mẽ để thực hiện cả hai phương pháp, xem xét điểm mạnh và điểm yếu của nó, và minh họa ứng dụng của nó thông qua các ví dụ thực tế.

Kiểu 'never' là gì?

Kiểu 'never' đại diện cho kiểu của một giá trị sẽ *không bao giờ* xảy ra. Nó biểu thị sự vắng mặt của một giá trị. Về bản chất, một biến có kiểu 'never' không bao giờ có thể giữ một giá trị. Khái niệm này thường được sử dụng để báo hiệu rằng một hàm sẽ không trả về (ví dụ: ném lỗi) hoặc để đại diện cho một kiểu bị loại trừ khỏi một union.

Việc triển khai và hành vi của kiểu 'never' có thể hơi khác nhau giữa các ngôn ngữ lập trình. Ví dụ, trong TypeScript, một hàm trả về 'never' cho biết rằng nó ném ra một ngoại lệ hoặc đi vào một vòng lặp vô hạn và do đó không trả về một cách bình thường. Trong Kotlin, 'Nothing' phục vụ mục đích tương tự, và trong Rust, kiểu đơn vị '!' (dấu chấm than) đại diện cho kiểu tính toán không bao giờ trả về.

Kiểm tra toàn diện với kiểu 'never'

Kiểm tra toàn diện là một kỹ thuật mạnh mẽ để đảm bảo rằng tất cả các trường hợp có thể xảy ra trong một câu lệnh điều kiện hoặc một cấu trúc dữ liệu đều được xử lý. Kiểu 'never' đặc biệt hữu ích cho việc này. Bằng cách sử dụng 'never', các nhà phát triển có thể đảm bảo rằng nếu một trường hợp *không* được xử lý, trình biên dịch sẽ tạo ra lỗi, phát hiện các lỗi tiềm ẩn tại thời điểm biên dịch. Điều này trái ngược với các lỗi thời gian chạy, có thể khó gỡ lỗi và sửa chữa hơn nhiều, đặc biệt trong các hệ thống phức tạp.

Ví dụ: TypeScript

Hãy xem xét một ví dụ đơn giản trong TypeScript liên quan đến một union phân biệt. Một union phân biệt (còn được gọi là union được gắn thẻ hoặc kiểu dữ liệu đại số) là một kiểu có thể có một trong số các dạng được định nghĩa trước. Mỗi dạng bao gồm một thuộc tính 'thẻ' hoặc 'phân biệt' để xác định kiểu của nó. Trong ví dụ này, chúng ta sẽ chỉ ra cách kiểu 'never' có thể được sử dụng để đạt được an toàn tại thời điểm biên dịch khi xử lý các giá trị khác nhau của union.

            
interface Circle { type: 'circle'; radius: number; }
interface Square { type: 'square'; side: number; }
interface Triangle { type: 'triangle'; base: number; height: number; }

type Shape = Circle | Square | Triangle;

function getArea(shape: Shape): number {
  switch (shape.type) {
    case 'circle':
      return Math.PI * shape.radius * shape.radius;
    case 'square':
      return shape.side * shape.side;
    case 'triangle':
      return 0.5 * shape.base * shape.height;
  }
  const _exhaustiveCheck: never = shape; // Compile-time error if a new shape is added and not handled
}

            

              
                Copy
              
            
          

Trong ví dụ này, nếu chúng ta giới thiệu một kiểu hình dạng mới, chẳng hạn như 'rectangle', mà không cập nhật hàm `getArea`, trình biên dịch sẽ ném lỗi trên dòng `const _exhaustiveCheck: never = shape;`. Điều này là do kiểu hình dạng trong dòng này không thể được gán cho 'never' vì kiểu hình dạng mới không được xử lý trong câu lệnh switch. Lỗi thời gian biên dịch này cung cấp phản hồi ngay lập tức, ngăn ngừa các vấn đề thời gian chạy.

Ví dụ: Kotlin

Kotlin sử dụng kiểu 'Nothing' cho các mục đích tương tự. Dưới đây là một ví dụ tương tự:

            
sealed class Shape {
    data class Circle(val radius: Double) : Shape()
    data class Square(val side: Double) : Shape()
    data class Triangle(val base: Double, val height: Double) : Shape()
}

fun getArea(shape: Shape): Double = when (shape) {
    is Shape.Circle -> Math.PI * shape.radius * shape.radius
    is Shape.Square -> shape.side * shape.side
    is Shape.Triangle -> 0.5 * shape.base * shape.height
}

            

              
                Copy
              
            
          

Các biểu thức `when` của Kotlin mang tính toàn diện theo mặc định. Nếu một kiểu Shape mới được thêm vào, trình biên dịch sẽ buộc bạn phải thêm một trường hợp vào biểu thức when. Điều này cung cấp an toàn tại thời điểm biên dịch tương tự như ví dụ TypeScript. Mặc dù Kotlin không sử dụng kiểm tra never rõ ràng như TypeScript, nhưng nó đạt được sự an toàn tương tự thông qua các tính năng kiểm tra toàn diện của trình biên dịch.

Lợi ích của Kiểm tra toàn diện

• An toàn tại thời điểm biên dịch: Phát hiện các lỗi tiềm ẩn sớm trong chu kỳ phát triển.
• Khả năng bảo trì: Đảm bảo rằng mã vẫn nhất quán và hoàn chỉnh khi các tính năng hoặc sửa đổi mới được thêm vào.
• Giảm lỗi thời gian chạy: Giảm thiểu khả năng xảy ra hành vi không mong muốn trong môi trường sản xuất.
• Cải thiện chất lượng mã: Khuyến khích các nhà phát triển suy nghĩ kỹ lưỡng về tất cả các kịch bản có thể xảy ra và xử lý chúng một cách rõ ràng.

Xử lý lỗi với kiểu 'never'

Kiểu 'never' cũng có thể được sử dụng để mô hình hóa các hàm được đảm bảo sẽ thất bại. Bằng cách chỉ định kiểu trả về của một hàm là 'never', chúng ta khai báo rõ ràng rằng hàm sẽ *không bao giờ* trả về một giá trị một cách bình thường. Điều này đặc biệt liên quan đến các hàm luôn ném ngoại lệ, chấm dứt chương trình hoặc đi vào vòng lặp vô hạn.

Ví dụ: TypeScript

            
function raiseError(message: string): never {
  throw new Error(message);
}

function processData(input: string): number {
  if (input.length === 0) {
    raiseError('Input cannot be empty'); // Function guaranteed to never return normally.
  }
  return parseInt(input, 10);
}

try {
  const result = processData('');
  console.log('Result:', result); // This line will not be reached
} catch (error) {
  console.error('Error:', error.message);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Trong ví dụ này, kiểu trả về của hàm `raiseError` được khai báo là `never`. Khi chuỗi đầu vào trống, hàm ném ra lỗi và hàm `processData` sẽ *không bao giờ* trả về một cách bình thường. Điều này cung cấp thông tin rõ ràng về hành vi của hàm.

Ví dụ: Rust

Rust, với sự nhấn mạnh mạnh mẽ vào an toàn bộ nhớ và xử lý lỗi, sử dụng kiểu đơn vị '!' (dấu chấm than) để chỉ ra các phép tính không trả về.

            
fn panic_example() -> ! {
    panic!("This function always panics!"); // The panic! macro ends the program.
}

fn main() {
    //panic_example();
    println!("This line will never be printed if panic_example() is called without comment.");
}

            

              
                Copy
              
            
          

Trong Rust, macro `panic!` dẫn đến việc chấm dứt chương trình. Hàm `panic_example`, được khai báo với kiểu trả về `!`, sẽ không bao giờ trả về. Cơ chế này cho phép Rust xử lý các lỗi không thể phục hồi và cung cấp các đảm bảo tại thời điểm biên dịch rằng mã sau một lệnh gọi như vậy sẽ không được thực thi.

Lợi ích của Xử lý lỗi với 'never'

• Rõ ràng về mục đích: Báo hiệu rõ ràng cho các nhà phát triển khác rằng một hàm được thiết kế để thất bại.
• Cải thiện khả năng đọc mã: Giúp hành vi của chương trình dễ hiểu hơn.
• Giảm mã boilerplate: Có thể loại bỏ các kiểm tra lỗi dư thừa trong một số trường hợp.
• Nâng cao khả năng bảo trì: Tạo điều kiện gỡ lỗi và bảo trì dễ dàng hơn bằng cách làm cho các trạng thái lỗi trở nên rõ ràng ngay lập tức.

Kiểm tra toàn diện so với Xử lý lỗi: So sánh

Cả kiểm tra toàn diện và xử lý lỗi đều rất quan trọng để tạo ra phần mềm mạnh mẽ. Chúng, theo một cách nào đó, là hai mặt của cùng một đồng tiền, mặc dù chúng giải quyết các khía cạnh khác nhau của độ tin cậy mã.

Việc lựa chọn giữa kiểm tra toàn diện và xử lý lỗi, hoặc nhiều khả năng là sự kết hợp của cả hai, thường phụ thuộc vào ngữ cảnh cụ thể của một hàm hoặc mô-đun. Ví dụ, khi xử lý các trạng thái khác nhau của một máy trạng thái hữu hạn, kiểm tra toàn diện hầu như luôn là cách tiếp cận ưu tiên. Đối với các tài nguyên bên ngoài như cơ sở dữ liệu, xử lý lỗi thông qua `try-catch` (hoặc các cơ chế tương tự) thường là cách tiếp cận phù hợp hơn.

Thực tiễn tốt nhất cho việc sử dụng kiểu 'never'

• Hiểu ngôn ngữ: Làm quen với việc triển khai cụ thể của kiểu 'never' (hoặc tương đương) trong ngôn ngữ lập trình bạn đã chọn.
• Sử dụng một cách thận trọng: Áp dụng 'never' một cách chiến lược ở những nơi bạn cần đảm bảo tất cả các trường hợp được xử lý toàn diện, hoặc nơi một hàm được đảm bảo sẽ chấm dứt với lỗi.
• Kết hợp với các kỹ thuật khác: Tích hợp 'never' với các tính năng an toàn kiểu và chiến lược xử lý lỗi khác (ví dụ: khối `try-catch`, kiểu Result) để xây dựng mã mạnh mẽ và đáng tin cậy.
• Tài liệu rõ ràng: Sử dụng nhận xét và tài liệu để chỉ rõ khi bạn đang sử dụng 'never' và tại sao. Điều này đặc biệt quan trọng đối với khả năng bảo trì và hợp tác với các nhà phát triển khác.
• Kiểm thử là điều cần thiết: Mặc dù 'never' giúp ngăn ngừa lỗi, kiểm thử kỹ lưỡng vẫn nên là một phần cơ bản của quy trình làm việc phát triển.

Khả năng áp dụng toàn cầu

Các khái niệm về kiểu 'never' và ứng dụng của nó trong kiểm tra toàn diện và xử lý lỗi vượt qua ranh giới địa lý và hệ sinh thái ngôn ngữ lập trình. Các nguyên tắc xây dựng phần mềm mạnh mẽ và đáng tin cậy, sử dụng phân tích tĩnh và phát hiện lỗi sớm, được áp dụng phổ biến. Cú pháp và cách triển khai cụ thể có thể khác nhau giữa các ngôn ngữ lập trình (TypeScript, Kotlin, Rust, v.v.), nhưng các ý tưởng cốt lõi vẫn giữ nguyên.

Từ các nhóm kỹ sư ở Thung lũng Silicon đến các nhóm phát triển ở Ấn Độ, Brazil và Nhật Bản, và những nhóm trên khắp thế giới, việc sử dụng các kỹ thuật này có thể dẫn đến những cải tiến về chất lượng mã và giảm khả năng xảy ra các lỗi tốn kém trong bối cảnh phần mềm toàn cầu hóa.

Kết luận

Kiểu 'never' là một công cụ có giá trị để nâng cao độ tin cậy và khả năng bảo trì của phần mềm. Dù thông qua kiểm tra toàn diện hay xử lý lỗi, 'never' cung cấp một phương tiện để thể hiện sự vắng mặt của một giá trị, đảm bảo rằng một số đường dẫn mã nhất định sẽ không bao giờ được đạt tới. Bằng cách nắm vững các kỹ thuật này và hiểu được những sắc thái trong cách triển khai của chúng, các nhà phát triển trên toàn thế giới có thể viết mã mạnh mẽ và đáng tin cậy hơn, dẫn đến phần mềm hiệu quả, dễ bảo trì và thân thiện với người dùng hơn cho một đối tượng toàn cầu.

Bối cảnh phát triển phần mềm toàn cầu đòi hỏi một cách tiếp cận nghiêm ngặt về chất lượng. Bằng cách sử dụng 'never' và các kỹ thuật liên quan, các nhà phát triển có thể đạt được mức độ an toàn và khả năng dự đoán cao hơn trong các ứng dụng của họ. Việc áp dụng cẩn thận các phương pháp này, cùng với kiểm thử toàn diện và tài liệu kỹ lưỡng, sẽ tạo ra một codebase mạnh mẽ hơn, dễ bảo trì hơn, sẵn sàng triển khai ở bất cứ đâu trên thế giới.