发布于 由admin

分析 JavaScript Sealed Classes (密封类) 和 Record Patterns (记录模式) 在构建更安全、可控的类型层次结构中的作用。

各位观众，晚上好！我是你们的老朋友，今天咱们聊聊 JavaScript 里两个挺有意思的家伙：Sealed Classes (密封类) 和 Record Patterns (记录模式)。 别看名字挺唬人，其实它们能帮咱们在 JavaScript 里构建更安全、更可控的类型世界，就像给代码盖了个带密码锁的小别墅，闲杂人等进不来！

开场白：类型安全的必要性，以及传统方式的痛点

在 JavaScript 这种动态类型语言里，类型错误就像捉迷藏，你永远不知道它啥时候跳出来吓你一跳。 传统的 JavaScript，类型检查基本靠自觉，很容易写出类型不安全的代码。

例如：

function greet(person) {
  return `Hello, ${person.name}!`;
}

const myCat = { fur: 'fluffy', meow: function() { console.log("Meow!"); } };
console.log(greet(myCat)); // Hello, undefined!  没报错，但是结果不对

这段代码没报错，但结果显然不对，因为greet函数期望的是一个包含name属性的对象，而我们传入的是一个猫对象，它有fur属性，没有name。这种错误在运行时才暴露出来，debug起来简直就是噩梦。

为了解决这个问题，TypeScript 应运而生，通过静态类型检查，在编译时就能发现类型错误。但是，即使有了 TypeScript，在某些场景下，我们仍然需要更精细的控制。比如，我们希望定义一个有限的类型集合，不允许随意扩展，或者希望在处理复杂对象时，能更方便地提取特定属性。这时候，Sealed Classes 和 Record Patterns 就派上用场了。

第一幕：Sealed Classes (密封类) – 类型的“金钟罩”

Sealed Classes，顾名思义，就是密封的类。 它的作用是限制一个类型的子类型数量，不允许在定义之外添加新的子类型。 这就像给类型家族戴上了一个“金钟罩”，防止外界随意“添丁进口”。

1.1 TypeScript 中的 Sealed Classes 模拟

JavaScript 本身并没有内置 Sealed Classes 的概念，但我们可以用 TypeScript 来模拟实现。 核心思路是利用 TypeScript 的 Discriminated Unions (可辨识联合) 和 private constructor (私有构造函数)。

type Result<T, E> = Success<T> | Failure<E>;

class Success<T> {
  readonly _tag: 'Success' = 'Success'; // 判别字段
  constructor(readonly value: T) {}
}

class Failure<E> {
  readonly _tag: 'Failure' = 'Failure'; // 判别字段
  constructor(readonly error: E) {}
}

// 私有构造函数，防止外部直接创建 Result 子类的实例
function createSuccess<T>(value: T): Success<T> {
  return new Success(value);
}

function createFailure<E>(error: E): Failure<E> {
  return new Failure(error);
}

// 使用示例
const successResult = createSuccess("Operation completed successfully!");
const failureResult = createFailure("Something went wrong!");

function processResult(result: Result<string, string>): string {
  switch (result._tag) {
    case 'Success':
      return `Result: ${result.value}`;
    case 'Failure':
      return `Error: ${result.error}`;
    default:
      // 这里 TypeScript 会提示错误，因为 result._tag 不可能是其他值
      return 'Unknown result';
  }
}

console.log(processResult(successResult));
console.log(processResult(failureResult));

// 尝试创建新的 Result 子类 (会报错)
// class Timeout<T> {  // 报错： Class 'Timeout<T>' incorrectly extends base class 'Result<string, string>'
//  readonly _tag: 'Timeout' = 'Timeout';
//  constructor(readonly timeout: number) {}
// }

代码解读:

  • Result<T, E>: 定义了一个泛型联合类型，表示操作的结果，要么是成功(Success)，要么是失败(Failure)。
  • Success<T> 和 Failure<E>: 这两个类分别表示成功和失败的结果。它们都有一个 _tag 属性，用于区分不同的结果类型，这就是 Discriminated Unions 的关键。
  • private constructor (模拟): 我们并没有直接把构造函数设为private, 而是通过工厂函数 createSuccess 和 createFailure 来创建实例，这实际上限制了外部直接创建 Success 和 Failure 的实例，变相实现了“密封”的效果。
  • switch 语句: 在 processResult 函数中，我们使用 switch 语句根据 _tag 属性来处理不同的结果类型。 由于 Result 类型是密封的，TypeScript 知道 _tag 只能是 'Success' 或 'Failure'，所以如果我们在 switch 语句中忘记处理其中一种情况，TypeScript 就会提示错误。

1.2 Sealed Classes 的优势

  • 类型安全: 确保类型只能是预定义的几种，防止意外的类型错误。
  • 代码可维护性: 更容易理解和维护代码，因为类型结构是固定的。
  • 编译器优化: 编译器可以更好地进行类型推断和优化。
  • 模式匹配友好: 与 Record Patterns 结合使用，可以更方便地进行模式匹配。

1.3 Sealed Classes 的应用场景

  • 状态管理: 定义一个有限的状态集合，例如 Loading | Success | Failure。
  • 错误处理: 定义一个有限的错误类型集合，例如 NetworkError | ValidationError | ServerError。
  • 领域建模: 定义一个有限的领域对象集合，例如 Circle | Square | Triangle。

第二幕：Record Patterns (记录模式) – 对象的“解剖刀”

Record Patterns 是一种强大的解构语法，可以方便地从对象中提取特定属性，并进行模式匹配。 它可以让我们更简洁、更安全地处理复杂对象。

2.1 Record Patterns 的基本用法

Record Patterns 的语法非常简单，就是在大括号 {} 中指定要提取的属性名。

const person = {
  name: 'Alice',
  age: 30,
  address: {
    city: 'New York',
    country: 'USA'
  }
};

// 使用 Record Pattern 提取属性
const { name, age } = person;
console.log(name, age); // Alice 30

// 嵌套 Record Pattern
const { address: { city, country } } = person;
console.log(city, country); // New York USA

// 配合 rest 运算符
const { name: theName, ...rest } = person;
console.log(theName); // Alice
console.log(rest); // { age: 30, address: { city: 'New York', country: 'USA' } }

// 给提取的属性重命名
const { name: fullName } = person;
console.log(fullName); // Alice

//设置默认值
const { jobTitle = 'Unemployed' } = person;
console.log(jobTitle); // Unemployed, 因为 person 对象没有 jobTitle 属性

代码解读:

  • const { name, age } = person;: 从 person 对象中提取 name 和 age 属性，并赋值给同名变量。
  • const { address: { city, country } } = person;: 从 person 对象的 address 属性中提取 city 和 country 属性。
  • const { name: theName, ...rest } = person;: 提取 name 属性并重命名为 theName，然后使用 rest 运算符将剩余的属性收集到 rest 对象中。
  • const { jobTitle = 'Unemployed' } = person;: 如果 person 对象没有 jobTitle 属性，则将 jobTitle 变量赋值为默认值 'Unemployed'。

2.2 Record Patterns 与 Sealed Classes 的完美结合

Record Patterns 与 Sealed Classes 结合使用，可以发挥更大的威力。 我们可以使用 Record Patterns 来方便地处理 Sealed Classes 的子类型，并进行模式匹配。

type Shape = Circle | Square | Triangle;

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

interface Square {
  kind: 'square';
  sideLength: number;
}

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

function getArea(shape: Shape): number {
  switch (shape.kind) {
    case 'circle':
      const { radius } = shape;  // Record Pattern
      return Math.PI * radius * radius;
    case 'square':
      const { sideLength } = shape; // Record Pattern
      return sideLength * sideLength;
    case 'triangle':
      const { base, height } = shape; // Record Pattern
      return 0.5 * base * height;
    default:
      // 这里 TypeScript 会提示错误，因为 shape.kind 不可能是其他值
      return 0;
  }
}

const myCircle: Circle = { kind: 'circle', radius: 5 };
const mySquare: Square = { kind: 'square', sideLength: 10 };
const myTriangle: Triangle = { kind: 'triangle', base: 8, height: 6 };

console.log(getArea(myCircle)); // 78.53981633974483
console.log(getArea(mySquare)); // 100
console.log(getArea(myTriangle)); // 24

代码解读:

  • Shape: 定义了一个 Sealed Class (使用 Discriminated Unions 模拟)，表示形状，可以是圆形、正方形或三角形。
  • Circle, Square, Triangle: 定义了三种形状的接口，每个接口都有一个 kind 属性，用于区分不同的形状类型。
  • getArea: 使用 switch 语句根据 shape.kind 属性来计算不同形状的面积。 在每个 case 分支中，我们使用 Record Pattern 来提取形状的特定属性，例如圆形的 radius 属性，正方形的 sideLength 属性，三角形的 base 和 height 属性。

2.3 Record Patterns 的优势

  • 代码简洁: 可以更简洁地从对象中提取属性。
  • 类型安全: 可以确保提取的属性类型正确。
  • 可读性强: 代码更容易理解和维护。
  • 模式匹配: 方便进行模式匹配，例如在 switch 语句中根据对象的属性值来执行不同的操作。

第三幕：Sealed Classes 和 Record Patterns 的最佳实践

3.1 如何选择使用 Sealed Classes 和 Record Patterns

特性/场景 Sealed Classes Record Patterns
目的 限制类型层次结构，防止随意扩展 从对象中提取特定属性，并进行模式匹配
适用场景 需要定义有限的类型集合，例如状态管理、错误处理 需要处理复杂对象，并提取特定属性进行操作
代码结构影响 需要定义类型联合和判别字段 通常与解构赋值和函数参数一起使用
类型安全性 增强类型安全性，防止意外的类型错误 增强类型安全性，确保提取的属性类型正确
可读性/简洁性 提高代码的可读性和可维护性 提高代码的简洁性和可读性
组合使用 可以与 Record Patterns 结合使用，进行模式匹配 可以与 Sealed Classes 结合使用，处理子类型

3.2 最佳实践建议

  • 尽可能使用 TypeScript: TypeScript 提供了更强大的类型系统，可以更好地支持 Sealed Classes 和 Record Patterns。
  • 使用 Discriminated Unions 模拟 Sealed Classes: 利用 TypeScript 的 Discriminated Unions 和 private constructor (或工厂函数) 来模拟实现 Sealed Classes。
  • 使用 Record Patterns 提取属性: 使用 Record Patterns 从对象中提取特定属性，避免手动访问属性。
  • 结合 Sealed Classes 和 Record Patterns 进行模式匹配: 在处理 Sealed Classes 的子类型时，使用 Record Patterns 来提取属性，并进行模式匹配。
  • 注意类型推断: TypeScript 可以自动推断 Record Patterns 提取的属性类型，但有时需要手动指定类型。

第四幕：一个更复杂的例子 – 构建一个简单的表达式求值器

为了更好地理解 Sealed Classes 和 Record Patterns 的应用，我们来构建一个简单的表达式求值器。 我们的表达式可以包含数字、加法和乘法。

// 定义表达式的 Sealed Class
type Expression = NumberExpr | AddExpr | MultiplyExpr;

interface NumberExpr {
  kind: 'number';
  value: number;
}

interface AddExpr {
  kind: 'add';
  left: Expression;
  right: Expression;
}

interface MultiplyExpr {
  kind: 'multiply';
  left: Expression;
  right: Expression;
}

// 求值函数
function evaluate(expr: Expression): number {
  switch (expr.kind) {
    case 'number':
      const { value } = expr; // Record Pattern
      return value;
    case 'add':
      const { left, right } = expr; // Record Pattern
      return evaluate(left) + evaluate(right);
    case 'multiply':
      const { left, right } = expr; // Record Pattern
      return evaluate(left) * evaluate(right);
    default:
      // 这里 TypeScript 会提示错误，因为 expr.kind 不可能是其他值
      return 0;
  }
}

// 创建表达式
const num1: NumberExpr = { kind: 'number', value: 5 };
const num2: NumberExpr = { kind: 'number', value: 10 };
const addExpr: AddExpr = { kind: 'add', left: num1, right: num2 };
const multiplyExpr: MultiplyExpr = { kind: 'multiply', left: addExpr, right: num2 };

// 求值
console.log(evaluate(multiplyExpr)); // (5 + 10) * 10 = 150

代码解读:

  • Expression: 定义了一个 Sealed Class，表示表达式，可以是数字、加法或乘法。
  • NumberExpr, AddExpr, MultiplyExpr: 定义了三种表达式的接口，每个接口都有一个 kind 属性，用于区分不同的表达式类型。
  • evaluate: 使用 switch 语句根据 expr.kind 属性来计算表达式的值。 在每个 case 分支中，我们使用 Record Pattern 来提取表达式的特定属性，例如数字表达式的 value 属性，加法和乘法表达式的 left 和 right 属性。

这个例子展示了 Sealed Classes 和 Record Patterns 如何结合使用，来构建一个更安全、更可控的类型层次结构。 通过 Sealed Classes，我们限制了表达式的类型，防止了意外的类型错误。 通过 Record Patterns，我们方便地从表达式中提取属性，并进行模式匹配。

总结陈词：类型安全的未来

Sealed Classes 和 Record Patterns 是 JavaScript 中构建更安全、更可控的类型层次结构的利器。 它们可以帮助我们编写更健壮、更易于维护的代码。 虽然 JavaScript 本身没有内置 Sealed Classes 的概念，但我们可以使用 TypeScript 来模拟实现。 随着 JavaScript 的不断发展，我们期待未来能有更多更强大的类型系统特性，让我们的代码更加安全可靠。 记住，类型安全，代码无忧！

感谢各位的观看，下期再见！

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注