А что, если бы функция get в Lodash выводила типы за вас в TypeScript

Всем привет! ?

⚠️ Возрождаю статью, мною написанную в 2021 на Хабре. Из нового - подкорректировал определения на русском, добавил куски кода, чтобы было удобно копировать. Английский оригинал тут - https://blog.beraliv.dev/2021-03-26-typed-get. Приятного чтения ?

type Get<O, P> = never; // реализовать

type Step1 = Get<
  { article: { author: "Alexey Berezin"; keywords: ["typescript"] } },
  "article.keywords.0"
>;
type Step2 = Get<
  { author: "Alexey Berezin"; keywords: ["typescript"] },
  "keywords.0"
>;
type Step3 = Get<["typescript"], "0">;
type Step4 = Get<"typescript", "">;
type Result = "typescript";

В 2021 году я раскопал на просторах GitHub репозиторий type-challenges. У меня есть целый блог, где я решаю задачки оттуда, но сегодня я попытаюсь показать не только реализацию Get, но и продемонстрирую общие проблемы, покажу улучшения и использование в production.

Если перед началом чтения хочется ознакомиться с понятиями из TypeScript, которые требуются в данной статье, переходите в конец.

1. Базовая реализация

Текущий челлендж располагается в категории "сложное".

У нас есть объект и путь в этом объекте (реализация не предполагает, что пути в массиве и/или кортеже). Ожидается, что тип вернет корректный тип по пути в этом объекте.

Так с чего же начнем?

1.1. Получение ключей

Представим, если бы мы решали эту задачу с помощью JavaScript:

const get = (obj, path) => {
  const keys = path.split(".");

  return keys.reduce((currentObj, key) => currentObj[key], obj);
};

Перед тем, как вызывать keys.reduce, мы получаем список всех ключей. В JavaScript нам достаточно вызвать метод split. В TypeScript нам тоже надо как-то получить список ключей из строки.

Благодаря TypeScript 4.1, мы можем использовать Template Literal types. С их помощью мы можем удалить точки между ключами. Давайте определим тип Path и попробуем сделать первый подход:

type Path<T> = T extends `${infer Key}.${infer Rest}`
  ? [Key, ...Path<Rest>]
  : [];

Выглядит коротко и просто. Однако после покрытия тестами мы поняли, что упустили случай с единственным элементом (без точки). Тесты написаны в Playground. Давайте добавим этот случай:

type Path<T> = T extends `${infer Key}.${infer Rest}`
  ? [Key, ...Path<Rest>]
  : T extends `${infer Key}`
  ? [Key]
  : [];

Так лучше. Тесты вместе с реализацией доступны в Playground.

1.2. Reducer для объекта

После того, как мы получили ключи, мы наконец-то можем вызватьkeys.reduce. Чтобы это сделать, давайте определим тип GetWithArray , имея уже путь в виде кортежа K

type GetWithArray<O, K> = K extends [infer Key, ...infer Rest]
  ? Key extends keyof O
    ? GetWithArray<O[Key], Rest>
    : never
  : never;

Немного прокомментирую:

1. K extends [infer Key, ...infer Rest] проверяет, что у нас есть хотя бы один элемент в кортеже

2. Key extends keyof O позволяет использовать O[Key] и рекурсивно переходит к следующему уровню объекта

Давайте протестируем это решение (ссылка на Playground). Опять мы забыли случай, правда уже когда у нас пустой массив. После добавления код выглядит так:

type GetWithArray<O, K> = K extends []
  ? O
  : K extends [infer Key, ...infer Rest]
  ? Key extends keyof O
    ? GetWithArray<O[Key], Rest>
    : never
  : never;

Финальная версия с тестами в Playground

1.3. Все вместе

type Get<O, P> = GetWithArray<O, Path<P>>;

Давайте протестируем все вместе и удостоверимся, что тип работает как ожидается: Playground. Отлично, базовую часть мы закончили.

2. Опциональные пути

Когда работаешь с реальными данные в production, тебе иногда данные не приходят или приходят, но не полностью. Поэтому по всему проекту мы испо��ьзуем ? , null илиundefined.

Возьмем такой пример и покроем тестами текущее решение: Playground. Как и ожидалось, TypeScript ругается.

Причина проста. Давайте возьмем какой-нибудь пример и пошагово пройдемся:

type ProductionObject = {
  description?: string;
  title: string;
  date: string;
  author?: {
    name: string;
    location?: {
      city: string;
    };
  };
};

type Step1 = Get<ProductionObject, "author.name">;
type Step2 = Get<
  | {
      name: string;
      location?:
        | {
            city: string;
          }
        | undefined;
    }
  | undefined,
  "name"
>;
type Step3 = Get<never, "">;
type Result = never; // ожидалось `string | undefined`

Текущее решение не позволяет извлекать ключ из объекта, который может быть undefined or null. Постараемся это решить.

2.1. Удаляем undefined, null или оба типа сразу

Сначала определим 3 вспомогательных типа:

type FilterUndefined<T> = T extends undefined ? never : T;

type FilterNull<T> = T extends null ? never : T;

type FilterUndefinedAndNull<T> = FilterUndefined<FilterNull<T>>;

Мы проверяем, что undefined и/или null являются частью union type, и если так, удаляем их из него. Это поможет работать с остальной "существенной" частью.

Тесты, как обычно, в Playground

2.2. Редактируем reducer

Давайте обновим вот эту ветку GetWithArray:

type GetWithArray<O, K> = K extends []
  ? O
  : K extends [infer Key, ...infer Rest]
  ? Key extends keyof O
    ? GetWithArray<O[Key], Rest>
    : never // <= добавляем логику здесь ?
  : never;

1. Сначала проверим, что ключ существует в объекте с undefined и/или null

2. В противном случае, его нет (то есть мы возвращаем undefined)

type GetWithArray<O, K> = K extends []
  ? O
  : K extends [infer Key, ...infer Rest]
  ? Key extends keyof O
    ? GetWithArray<O[Key], Rest>
    : Key extends keyof FilterUndefinedAndNull<O>
    ? GetWithArray<FilterUndefinedAndNull<O>[Key], Rest> | undefined
    : undefined
  : never;

Добавим здесь тесты и проверим, что тип работает корректно (ссылка на Playground).

3. Получение пути из массива и кортежи

Аналогично берем пример с массивом и пошагово проверяем:

type ProductionObject = {
  posts: {
    title: string;
    description?: string;
    poster?: string;
    html: string;
  }[];
};

type Step1 = Get<ProductionObject, "posts.0">;
type Step2 = Get<
  {
    title: string;
    description?: string;
    poster?: string;
    html: string;
  }[],
  "0"
>;
type Step3 = Get<undefined, "">;
type Result = undefined; // ? ожидалось `string | undefined`

В JavaScript мы бы ходили по индексам:

const get = (arr, path) => {
  const keys = path.split(".");

  return keys.reduce((currentArr, key) => currentArr[key], arr);
};

Несмотря на то, что ключ может быть string или number, Path оставляем неизменным:

type Path<T> = T extends `${infer Key}.${infer Rest}`
  ? [Key, ...Path<Rest>]
  : T extends `${infer Key}`
  ? [Key]
  : [];

3.1. Reducer для массива

Как и для объектов, для массивов мы вызываем keys.reduce . Для TypeScript нам надо написать реализацию аналогично GetWithArray . Давайте реализуем это отдельно для массивов, а затем объединим реализации GetWithArray в одно.

Сперва адаптируем тип для массивов и кортежа. Возьмем A вместо O по семантическим причинам:

type GetWithArray<A, K> = K extends []
  ? A
  : K extends [infer Key, ...infer Rest]
  ? Key extends keyof A
    ? GetWithArray<A[Key], Rest>
    : never
  : never;

После тестирования в Playground, мы столкнулись с несколькими проблемами:

1. Массивы не имеют ключей с типом  string :

type Step1 = GetWithArray<string[], "1">;
type Step2 = "1" extends keyof string[] ? string[]["1"] : never;
type Result = never; // ? ожидалось `string | undefined`

Здесь '1' extends keyof string[] всегда ложно, поэтому возвращает never.

2. Аналогично для массивов с ключевым словом readonly

type Step1 = GetWithArray<readonly string[], "1">;
type Step2 = "1" extends keyof (readonly string[])
  ? (readonly string[])["1"]
  : never;
type Result = never; // ? ожидалось `string | undefined`

3. Кортежи (например [0, 1, 2]) возвращают never вместо undefined:

type Step1 = GetWithArray<[0, 1, 2], "3">;
type Step2 = "3" extends keyof [0, 1, 2] ? [0, 1, 2]["3"] : never;
type Result = never; // ? ожидалось `undefined`

Пойдем чинить все пошагово.

3.2. Выводим T | undefined

type GetWithArray<A, K> = K extends []
  ? A
  : K extends [infer Key, ...infer Rest]
  ? Key extends keyof A
    ? GetWithArray<A[Key], Rest>
    : never // <= добавляем логику здесь ?
  : never;

Для массивов мы хотим получить T | undefined в качестве ответа (так как при извлечении по индексу мы не знаем, есть элемент или нет), в зависимости от значения T:

type GetWithArray<A, K> = K extends []
  ? A
  : K extends [infer Key, ...infer Rest]
  ? Key extends keyof A
    ? GetWithArray<A[Key], Rest>
    : A extends readonly (infer T)[]
    ? GetWithArray<T | undefined, Rest>
    : never
  : never;

Я добавил A extends readonly (infer T)[] , т.к. для всех массивов (в том числе с ключевым слово readonly) это утверждение верно.

После проверки, нам остается починить кортежи. Пример с тестами доступен в Playground.

3.3. Кортежи

Если мы попробуем извлечь значение из несуществующего индекса, мы получим обобщающий тип, как для массивов (ну и еще undefined в придачу)

type Step1 = GetWithArray<[0, 1, 2], "3">;
type Step2 = "3" extends keyof [0, 1, 2] // <= false
  ? [0, 1, 2]["3"]
  : [0, 1, 2] extends (infer T)[] // <= true
  ? T | undefined
  : [0, 1, 2] extends readonly (infer T)[]
  ? T | undefined
  : never;

type Result = 0 | 1 | 2 | undefined; // ? ожидалось `undefined`

Для того, чтобы справиться с этой проблемой, я предлагаю построить табличку с extends для разных типов (назовем эту табличку ExtendsTable) и будем подбирать правильный условный тип, чтобы разграничить массивы и кортежи:

type ExtendsTableRow<T extends any[], E extends any> = {
  [K in keyof T]: E extends T[K] ? true : false;
};

type ExtendsTable<T extends any[]> = {
  [K in keyof T]: ExtendsTableRow<T, T[K]>;
};

Возьмем 4 разных типа:

1. [0]

2. number[]

3. readonly number[]

4. any[]

type Result = ExtendsTable<[[0], number[], readonly number[], any[]]>;

Для лучшего отображения нарисую табличку, чтобы было понятно, что происходит:

[0] number[] readonly number[] any[] [0] ​+ ​+ ​+ ​+ number[] ​- ​+ ​+ ​+ readonly number[] ​- ​- ​+ ​- any[] ​- ​+ ​+ ​+

Если на пересечении знак плюса ​"+", это значит, что строчка расширяема столбцом. Несколько примеров:

• [0] extends [0]

• number[] extends readonly number[]

Соответственно, если на пересечении ​знак минуса"-", то значит, что строка не расширяется колонкой. Пару примеров:

• number[] extends [0]

• readonly number[] extends number[]

Возьмем строку с any[]: для колонки [0] мы видим знак минуса "-"​, когда для остальных типов (столбцов) – это ​знак плюса "+".

Собственно, мы нашли ответ!

Мы возьмем этот условный тип any[] extends A и применим к GetWithArray:

type GetWithArray<A, K> = K extends []
  ? A
  : K extends [infer Key, ...infer Rest]
  ? any[] extends A
    ? // массивы
      A extends readonly (infer T)[]
      ? GetWithArray<T | undefined, Rest>
      : undefined
    : // кортежи
    Key extends keyof A
    ? GetWithArray<A[Key], Rest>
    : undefined
  : never;

1. Мы различаем массив от кортежа с помощью условного типа any[] extends A

2. Для массивов мы используем T | undefined

3. Для кортежей, мы извлекаем значение, если индекс для этого кортежа существует

4. В противном случае, мы возвращаем undefined

Если хочется еще раз взглянуть на все текущие изменения, переходите на Playground.

4. Общее решение

На данный момент у нас есть решение для объектов:

type GetWithArray<O, K> = K extends []
  ? O
  : K extends [infer Key, ...infer Rest]
  ? Key extends keyof O
    ? GetWithArray<O[Key], Rest>
    : Key extends keyof FilterUndefinedAndNull<O>
    ? GetWithArray<FilterUndefinedAndNull<O>[Key], Rest> | undefined
    : undefined
  : never;

и для массивов:

type GetWithArray<A, K> = K extends []
  ? A
  : K extends [infer Key, ...infer Rest]
  ? any[] extends A
    ? // arrays
      A extends readonly (infer T)[]
      ? GetWithArray<T | undefined, Rest>
      : undefined
    : // tuples
    Key extends keyof A
    ? GetWithArray<A[Key], Rest>
    : undefined
  : never;

Определим два вспомогательных типа:  ExtractFromObject и ExtractFromArray, где мы будем извлекать значение, зная, с какой структурой в данный момент работаем:

type ExtractFromObject<
  O extends Record<PropertyKey, unknown>,
  K
> = K extends keyof O
  ? O[K]
  : K extends keyof FilterUndefinedAndNull<O>
  ? FilterUndefinedAndNull<O>[K] | undefined
  : undefined;

type ExtractFromArray<A extends readonly any[], K> = any[] extends A
  ? A extends readonly (infer T)[]
    ? T | undefined
    : undefined
  : K extends keyof A
  ? A[K]
  : undefined;

Здесь пришлось добавлять "ограничения" (Generic Constrains):

1. Для ExtractFromObject – это O extends Record<PropertyKey, unknown>. Это значит, что O должен быть объектом любого вида

2. Для ExtractFromArray аналогично:  A extends readonly any[] принимает массив любого типа и кортежи

Добавим соответствующие условные типы в GetWithArray и объединим решения:

type GetWithArray<O, K> = K extends []
  ? O
  : K extends [infer Key, ...infer Rest]
  ? O extends Record<PropertyKey, unknown>
    ? GetWithArray<ExtractFromObject<O, Key>, Rest>
    : O extends readonly any[]
    ? GetWithArray<ExtractFromArray<O, Key>, Rest>
    : undefined
  : never;

Это решение я тоже покрыл тестами. Ссылка на Playground.

5. Связка с JavaScript

Вернемся к решению в JavaScript:

const get = (obj, path) => {
  const keys = path.split(".");

  return keys.reduce((currentObj, key) => currentObj[key], obj);
};

На данный момент мы используем lodash в нашем проекте, где есть функция get. Если вы выглянете на common/object.d.ts в@types/lodash, то немного огорчитесь. Во многих случаях вызов get возвращает any : typescript-lodash-types

Давайте заменим reduce на цикл с for (например for-of), чтобы была возможность сделать ранний выход из цикла с полученным значением, если оно undefined или null:

export function get = (obj, path) => {
  const keys = path.split(".");

  let currentObj = obj;
  for (const key of keys) {
    const value = currentObj[key];
    if (value === undefined || value === null) {
      return undefined;
    }

    currentObj = value;
  }

  return currentObj;
}

А теперь покроем эту функцию get типами, которые мы получили на предыдущих шагах. Разделим это на два случая:

1. Тип Get можно использовать тогда и только тогда, когда все ограничения применимы и тип корректно выводится

2. В случае какой-то ошибки мы используем вторую сигнатуру (например, мы передали число вместо строки в качестве пути)

Чтобы использовать перегрузку, нам нужно использовать функцию с ключевым слово function, а не стрелочные функции:

export function get(obj: Record<string, unknown>, path: string): unknown {
  const keys = path.split(".");

  let currentObj = obj;
  for (const key of keys) {
    const value = currentObj[key];
    if (value === undefined || value === null) {
      return undefined;
    }

    currentObj = value as Record<string, unknown>;
  }

  return currentObj;
}

Почти готово. Осталось добавить тип Get :

// strict types ?
export function get<O, K extends string>(obj: O, path: K): Get<O, K>;
// fallback ?
export function get(obj: Record<string, unknown>, path: string): unknown {
  const keys = path.split(".");

  let currentObj = obj;
  for (const key of keys) {
    const value = currentObj[key];
    if (value === undefined || value === null) {
      return undefined;
    }

    currentObj = value as Record<string, unknown>;
  }

  return currentObj;
}

Все вместе я разместил на Codesandbox:

1. Мы написали функцию get с типами

2. Мы покрыли типы тестами

3. Мы покрыли тестами функцию get

Терминогия

Для решения задачи использовались следующие термины из TypeScript:

1. Кортежи представлены в TypeScript 1.3, но вариативный вариант (Variadic Tuple Types) был выпущен в версии 4.0, так что теперь можно использовать spread внутри кортежей

// Кортежи
type Digits = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9];

type Name =
  | [first: string, last: string]
  | [first: string, middle: string, last: string];

// Кортежи, называемые "variadic"
type AnyArray = readonly any[];

type Merge<T extends AnyArray, U extends AnyArray> = [...T, ...U];

type Result = Merge<[1, 2], [3, 4]>;
//   ^? [1, 2, 3, 4] ?

2. Условные типы (Conditional types) доступны с версии TypeScript 2.8

type FilterUndefined<T> = T extends undefined ? never : T;

3. Ключевое слово infer  в условных типах, которые были представлены в TypeScript 2.8

type AnyFunction = (...args: any) => any;

type MyParameters<TFunction extends AnyFunction> = TFunction extends (
  ...args: infer TParameters
) => any
  ? TParameters
  : never;

4. Рекурсивные условные типы (Recursive conditional types) появились с версии TypeScript 4.1

type ElementType<T> = T extends ReadonlyArray<infer U> ? ElementType<U> : T;

5. Шаблоны для строчных литералов (Template Literal types) также появились с версии TypeScript 4.1

type Fruit = "lemon" | "orange" | "apple";
type Quantity = 1 | 2 | 3;

type ShoppingList = `${Quantity} ${Fruit}`;
//   ^? '1 lemon' | '1 orange' | '1 apple' | ... | '3 lemon' | '3 orange' | '3 apple'

6. Ограничения для дженериков (обобщений?) (Generic Constrains)

type Length<T extends { length: number }> = T["length"];

7. Перегрузка функций (Function Overloads)

function get<O, K extends string>(obj: O, path: K): Get<O, K>;
function get(obj: Record<string, unknown>, path: string): unknown {
  // body
}

Всем спасибо за внимание. Если есть пожелания, пишите в комментарии. Всем хорошего вечера и выходных.