お気楽 TypeScript 超入門

TypeScript の基礎知識

●Union Types

TypeScript はクラスやインターフェースで新しいデータ型を定義できるが、それ以外の方法もある
Union Types は "A または B" というデータ型を表す
Ｃ言語の「共用体 (union)」や関数型言語の「代数的データ型」と似ている
Union Types は複数のデータ型を '|' で連結して表す

データ型1 | データ型2 | ... | データ型n

共用型の場合、各データ型で共通のフィールドやメソッドしか使用できない
データ型固有のフィールドやメソッドを使用する場合は「型変換 (キャスト)」が必要 (あとで説明する)
let a: number | string; は数値または文字列を代入できるが、それ以外のデータ型を代入することはできない
オプション --strictNullChecks を指定すると、変数 a に null や undefined を代入することはできない
データ型を number | string | null にすると、null を代入することが可能になる
TypeScript は type でデータ型に別名を付けることができる

type 名前 = データ型;

これを Type Alias という
Type Alias は再帰的なデータ型でも定義できる

リスト : Type Alias の使用例

// 以下のプログラムは --strictNullChecks を指定するとコンパイルエラーになる

// 簡単な連結リスト 
type LinkedList<T> = { item: T; next: LinkedList<T> };

const ls0: LinkedList<number> = { item: 0, next: null };
const ls1 = { item: 1, next: ls0 };
const ls2 = { item: 2, next: ls1 };

console.log(ls2.item);
console.log(ls2.next.item);
console.log(ls2.next.next.item);
console.log(ls2.next.next.next);
console.log(ls2);

2
1
0
null
{ item: 2, next: { item: 1, next: { item: 0, next: null } } }

リスト : Union Types の使用例

// 以下のプログラムは --strictNullChecks を指定してもコンパイルできる

// 空リスト (本来ならばシングルトンにする)
class Nil {
    get first(): never { throw new Error("empty list"); };
    get rest(): never { throw new Error("empty list"); }
}

// コンスセル
class Cons<T> {
    constructor(private _first: T, private _rest: List<T>) {}
    get first(): T { return this._first; }
    get rest(): List<T> { return this._rest; }
}

// 連結リスト
type List<T> = Nil | Cons<T>;

// 終端
const nil = new Nil();

// 生成関数
function cons<T>(x: T, xs: List<T>): List<T> {
    return new Cons<T>(x, xs);
}

const xs0 = cons<number>(0, nil);
const xs1 = cons(1, xs0);
const xs2 = cons(2, xs1);

console.log(xs2.first);
console.log(xs2.rest.first);
console.log(xs2.rest.rest.first);
console.log(xs2);

2
1
0
Cons {
  _first: 2,
  _rest: Cons { _first: 1, _rest: Cons { _first: 0, _rest: Nil {} } } }

never はありえないことを表すデータ型である
Nil の first(), rest() は throw でエラーを送出するので、呼び出し元には戻らない
これを never 型でコンパイラに教えることにより、first(), rest() の返り値のデータ型がコンスセルのものに推論できる
実際には以下に示すように抽象クラス List<T> を定義したほうがよいかもしれない

リスト : 抽象クラスを使った連結リストの実装

abstract class List<T> {
    abstract get first(): T;
    abstract get rest(): List<T>;
}

// 空リスト (本来ならばシングルトンにする)
class Nil extends List<never> {
    get first(): never { throw new Error("empty list"); };
    get rest(): never { throw new Error("empty list"); }
}

// コンスセル
class Cons<T> extends List<T> {
    constructor(private _first: T, private _rest: List<T>) { super(); }
    get first(): T { return this._first; }
    get rest(): List<T> { return this._rest; }
}

// 終端
const nil = new Nil();

// 生成関数
function cons<T>(x: T, xs: List<T>): List<T> {
    return new Cons<T>(x, xs);
}

const xs0 = cons<number>(0, nil);
const xs1 = cons(1, xs0);
const xs2 = cons(2, xs1);

console.log(xs2.first);
console.log(xs2.rest.first);
console.log(xs2.rest.rest.first);
console.log(xs2);

クラス Nil はクラス List<T> を継承するが、型パラメータ T の指定で困る
この場合、never を指定するとうまくいく
TypeScript の never はすべての型のサブタイプとして定義されている
never は Scala の Nothing と似ている

リスト : never 型

class Foo { foo: 1; }
class Bar extends Foo { bar: 2 }
class Baz extends Bar { baz: 3 }

function foo<T extend Bar>(): void { console.log("oops"); }

// foo<Foo>();    コンパイルエラー
foo<Bar>();
foo<Baz>();
// foo<number>(); コンパイルエラー
foo<any>();
foo<never>();

関数 foo() の型 T は Bar のサブタイプなので、Bar, Baz は指定できても Foo や number は指定できない
never はすべての型のサブタイプなので、never を指定してもコンパイルできる
any を指定してもコンパイルできるとは驚いた
T extends never とすると、never 以外の型はコンパイルエラーになる
M.Hiroi は TypeScript の型システムに詳しくないので、何か間違いや勘違いがあるかもしれない

●Type Assertions

type assertions (型アサーション) は他のプログラミング言語でいう「キャスト」のこと
type assertions の構文は 2 種類ある

<データ型名> 値
値 as データ型名

いわゆる「ダウンキャスト」ができるが、変換できない場合は実行時に不具合が発生する
type assertions よりも、できれば Type Guards を使ったほうが良い

リスト : Type Assertions の使用例

class FooX {
    constructor(private _x: number) { }
    get x(): number { return this._x; }
}

class BarX extends FooX {
    constructor(x: number, private _y: number) {
        super(x);
    }
    get y(): number { return this._y; }
}

class BazX extends FooX {
    constructor(x: number, private _z: string) {
        super(x);
    }
    get z(): string { return this._z; }
}

// アップキャスト
const objFoo0: FooX = new BarX(123, 456);
const objFoo1: FooX = new BazX(789, "hello, world");

// console.log(objFoo0.y); コンパイルエラー
// console.log(objFoo1.z); コンパイルエラー

// ダウンキャスト (正常に実行)
console.log((<BarX>objFoo0).y);  // 456
console.log((<BazX>objFoo1).z);  // hello, world

// コンパイルできるが実行結果は undefined
// objFoo0 は BazX のオブジェクトではないから
console.log((<BazX>objFoo0).z);  // undefined

456
hello, world
undefined

●Type Guards

Type Guards (型ガード) は if 文でデータ型を比較することにより、オブジェクトのデータ型を特定する機能である
データ型の比較には演算子 typeof と instanceof を使う
typeof obj はオブジェクト obj のデータ型により次の値 (文字列) を返す

number => 'number'
string => 'string'
boolean => 'boolean'
undefined => 'undefined'
関数 => 'function'
その他 (null も含む) => 'object'

if (typeof obj === 'number') { ... この中で obj は数値として扱われる ... }
obj instanceof データ型は obj がデータ型のオブジェクトであれば真を返す
if (obj instanceof A) { ... この中で obj は A として扱われる ... }
ユーザがデータ型を判定するための関数を定義することができる

function 関数名(仮引数: データ型): 仮引数 is データ型 { ... }

返り値のデータ型を指定するとき is を使用する
実際の返り値は boolean

リスト : Type Guards の使用例

function isFoo(x: {foo: string}): x is {foo: string} {
    if (!x) return false;
    return typeof x.foo === 'string';
}

function typeSample(obj: number | string | Array<number> | {foo: string} | undefined): void {
    if (typeof obj === 'number') {
        // obj は数値
        console.log(obj + 123);
    } else if (typeof obj === 'string') {
        // obj は文字列
        console.log("hello, " + obj);
    } else if (obj instanceof Array) {
        // obj は配列
        console.log(obj.reduce((a, x) => a + x));
    } else if (isFoo(obj)) {
        // obj は {foo: string} と互換性あり
        console.log(`foo: ${obj.foo}`);
    } else {
        // 残りは undefined
        console.log("oops!!");
    }
}

typeSample(1000);
typeSample("bar");
typeSample([1,2,3,4,5]);
typeSample({foo: 'oops!!'});
typeSample(undefined);

1123
hello, bar
15
foo: oops!!
oops!!

●Intersection Types

Intersection Types (交差型) は複数の型を & で連結したもの
T & U & V は T, U, V のフィールドやメソッドをすべて備えた型になる
データ型の合成を簡単に記述できる

リスト : Intersection　Types の使用例

type FooI = { foo: number };
type BarI = { bar: string };
type BazI = FooI & BarI;

const objX: FooI = { foo: 123 };
const objY: BarI = { bar: "hello, world" };

let objZ: BazI;
// objZ = objX;  コンパイルエラー
// objZ = objY;  コンパイルエラー
objZ = { foo: 456, bar: "oops!!" };  // OK
console.log(objX);
console.log(objY);
console.log(objZ);

{ foo: 123 }
{ bar: 'hello, world' }
{ foo: 456, bar: 'oops!!' }

●String Literal Types

「String Literal Type (文字列リテラル型)」は文字列リテラルをデータ型として扱う機能

type Fruit = "Apple" | "Grape" | "Orange";

"Apple", "Grape", "Orange" はデータ型を表す
let fruit: Fruit と宣言した変数 fruit には　"Apple", "Grape", "Orange" を代入することができる
それ以外の文字列は代入することができない

リスト : String Literal Types の使用例

// 果物
type Fruit = "Apple" | "Grape" | "Orange" | "Banana";

// 果物の価格
class FruitPrice {
    constructor(private _kind: Fruit, private _price: number) { }
    get kind(): Fruit { return this._kind; }
    get price(): number { return this._price; }
}

// 価格表
const priceTable: FruitPrice[] = [
    new FruitPrice("Apple", 100),
    new FruitPrice("Grape", 150),
    new FruitPrice("Orange", 80)
];

// 価格を求める
function getPrice(x: Fruit, xs: FruitPrice[]): number {
    for (let fruit of xs) {
        if (fruit.kind == x) return fruit.price;
    }
    return 0;
}

console.log(getPrice("Apple", priceTable));
console.log(getPrice("Grape", priceTable));
console.log(getPrice("Orange", priceTable));
console.log(getPrice("Banana", priceTable));

// 簡単な Option 型
type Option<T> = "None" | { some: T };

function isNone<T>(x: Option<T>): x is "None" { return typeof x === 'string'; }
function isSome<T>(x: Option<T>): x is {some: T} { return typeof x !== 'string'; }

// Option から値を求める
function getValue<T>(x: Option<T>, y?: T) {
    if (isSome<T>(x)) {
        return x.some;
    } else if (y !== undefined) {
        return y;
    }
    throw new Error("getValue: value is none");
}

// 探索
function findIf<T>(pred: (x: T) => boolean, xs: T[]): Option<T> {
    for (let y of xs) {
        if (pred(y)) return { some: y };
    }
    return "None";
}

let result = findIf(x => x.kind == 'Apple', priceTable);
if (isSome(result))
    console.log(getValue(result).price);
else
    console.log("sold out");

result = findIf(x => x.kind == 'Banana', priceTable);
if (isSome(result))
    console.log(getValue(result).price);
else
    console.log("sold out");

100
150
80
0
100
sold out

●関数の多重定義

TypeScript は同名の関数を複数定義することができる
これを関数の「多重定義 (overload)」という
ただし、引数のデータ型、個数、並び方などが異なる必要がある
TypeScript の多重定義は他の言語のそれとちょっと異なる
同名の関数を複数宣言するだけで、実装は一つの関数で行う
このとき、関数の仮引数や返り値のデータ型は、関数宣言と矛盾しないように定義すること

リスト : 関数の多重定義

// 関数宣言
function foo(): void;
function foo(x: number): void;
function foo(x: string): void;

// 実装
function foo(x?: any): void {
    if (x === undefined) {
        console.log("hello, foo");
    } else if (typeof x === 'number') {
        while (x-- > 0) console.log("hello, foo!");
    } else {
        console.log(`hello, ${x}!!`);
    }
}

foo();
foo(5);
foo("oops");

hello, foo
hello, foo!
hello, foo!
hello, foo!
hello, foo!
hello, foo!
hello, oops!!

●モジュール

JavaScript は ECMAScript 2015 (ES2015) から「モジュール (mmodule)」が導入された
現時点で ES2015 のモジュール機能を実装しているブラウザを M.Hiroi は知らない
TypeScript は ES2015 だけではなく、CommonJS 形式や AMD 形式などのモジュールをサポートしている
ここでは CommonJS 形式のモジュールの使い方を簡単に説明する
一般に、TypeScript (JavaScript) は一つのファイルで一つのモジュールを定義する
モジュールファイルで変数、関数、クラスなどの定義に exprot を付けると、それらの名前が外部に公開される
Node.js の module.exports = クラス; と同じことをしたい場合は export = クラス; とする
モジュールを読み込むときには import 文と reqire() を使う

import 変数名 = require("...パス.../モジュール名");

export された名前は変数名.名前でアクセスすることができる
export = クラス; の場合は、クラスが変数に格納される (Node.js と同じ)
コンパイルするときはオプション -m commonjs を指定すること

リスト : モジュール foo.ts

class Foo {
    static foo(): string { return "foo"; }
    static bar(): string { return "bar"; }
    static baz(): string { return "baz"; }
}

export = Foo;

リスト : モジュールの使用例 (test.ts)

import foo = require("./foo");

console.log(foo.foo());
console.log(foo.bar());
console.log(foo.baz());

C>tsc -t es2015 -m commonjs test.ts

C>node test.js
foo
bar
baz

JavaScript Programming

お気楽 TypeScript 超入門

TypeScript の基礎知識

●Union Types

●Type Assertions

●Type Guards

●Intersection Types

●String Literal Types

●関数の多重定義

●モジュール