Type-level программирование в TypeScript: практические кейсы и новые возможности

Type-level программирование в контексте TypeScript — это набор приемов и паттернов, позволяющих решать задачи уже на этапе компиляции, опираясь на возможности системы типов. Если описывать коротко:

• TypeScript умеет вычислять определенные конструкции во время компиляции, используя Generics, Conditional Types, Template Literal Types и другие механизмы.

• Результаты таких вычислений не попадают в итоговый JavaScript-код, но активно влияют на валидацию и безопасность кода при написании (editor/IDE support) и при компиляции (tsc).

Зачем это нужно?

• Чёткое моделирование бизнес-логики — Сложные доменные правила (разрешённые значения, обязательные поля и т.п.) можно выразить на уровне типов, чтобы ошибки ловились ещё при компиляции.

• Улучшенное документирование — типы становятся живой документацией, упрощая понимание и поддержку кода без дополнительных комментариев.

• Унификация на уровне всей команды — при согласованном использовании type-level приёмов все участники проекта работают с единообразным кодом и легко понимают структуру данных.

• Оптимизация времени отладки — Ошибки, пойманные во время компиляции, решаются быстрее и не доходят до runtime, сокращая цикл отладки.

• Более широкие сценарии автогенерации — на базе типовой конфигурации можно генерировать не только API-клиенты, но и валидаторы, схемы и прочие инструменты без ручного дублирования.

Ключевые кирпичики Type-level программирования

Условные типы (Conditional Types)

Синтаксис:

T extends U ? X : Y

Позволяет на уровне типов ветвить логику. Например:

type IsString<T> = T extends string ? true : false;  type A = IsString<string>; // true type B = IsString<number>; // false

Распределительные условные типы (Distributive Conditional Types)

Когда T — это union-тип (string | number), условный тип применяется к каждому элементу union:

type WrapInArray<T> = T extends any ? T[] : never; type MyType = WrapInArray<string | number>;  // MyType: string[] | number[]

Mapped Types (отображенные типы)

Дает возможность пробежаться по всем ключам интерфейса или типа и трансформировать их. Классический пример — сделать все поля необязательными:

type MakeOptional<T> = {   [P in keyof T]?: T[P]; };  interface User {   name: string;   age: number; }  type PartialUser = MakeOptional<User>; // { name?: string; age?: number; }

Шаблонные литералы типов (Template Literal Types)

Разрешают склеивать строковые литералы на уровне типов:

type IdType<T extends string> = `ID_${T}`;  type UserId = IdType<"user">; // "ID_user" type PostId = IdType<"post">; // "ID_post"

Пример 1: Проверка совместимости интерфейсов

Представим, что у нас есть два интерфейса, которые, как мы хотим убедиться, совместимы на уровне типов (чтобы, например, гарантировать, что поля одного присутствуют и в другом). Используем условные типы для проверки в compile time:

type EnsureCompatibility<A, B> = A extends B    ? true    : false;  interface IUser {   id: number;   name: string; }  interface IPerson {   name: string; }  type Result = EnsureCompatibility<IUser, IPerson>;  // true (IUser содержит все поля IPerson)  type Result2 = EnsureCompatibility<IPerson, IUser>;  // false (у IPerson нет поля id)

Компилятор не выдаёт полноценную ошибку в консоли при несоответствии типов — однако вы можете использовать такие конструкты для условной генерации новых типов или, например, для выброса ошибочного типа через never, что уже приведёт к ошибке компиляции.

Пример 2: Генерация API методов на основе конфигурации (type-safe роутинг)

Допустим, мы хотим описывать роуты нашего приложения в виде типа-конфигурации, а затем автоматически создавать функции для обращения к ним.

// Каждая запись описывает метод (GET, POST и т.д.) и путь. // Для простоты пусть путь содержит ID-часть. interface RouteConfig {   path: string;   method: "GET" | "POST";   hasIdParam: boolean; }  type Routes = {   getUsers: RouteConfig;   getUserById: RouteConfig;   createUser: RouteConfig; };  // Опишем конкретную конфигурацию const routes = {   getUsers: {     path: "/users",     method: "GET",     hasIdParam: false,   },   getUserById: {     path: "/users",     method: "GET",     hasIdParam: true,   },   createUser: {     path: "/users",     method: "POST",     hasIdParam: false,   } } as const satisfies Routes;

Зачем «комбинация» as const satisfies Routes?

• satisfies Routes даёт проверку, что объект routes корректно реализует структуру Routes. Если что-то пойдёт не так (например, опечатаетесь в имени method или укажете неверную строку), TypeScript сразу же скажет об ошибке.

• as const фиксирует все значения в объекте как литералы. То есть hasIdParam становится типом true или false (не просто boolean).

Так мы одновременно и получаем строгую проверку типа всего объекта, и сохраняем дискриминацию (true/false), нужную для определения формы функции в зависимости от hasIdParam.

Генерация функции на уровне типов

Представим, мы хотим создать клиент — объект, где для каждого ключа из Routes будет метод, который принимает параметры, соответствующие роуту (например, ID, если hasIdParam = true), а возвращает Promise с результатом, имитируя HTTP-запрос.

type ClientFunction<T extends RouteConfig> = T['hasIdParam'] extends true   ? (id: number) => Promise<string>   : () => Promise<string>;  type Client<T extends Record<string, RouteConfig>> = {   [K in keyof T]: ClientFunction<T[K]>; };  // Создадим фабрику, которая сделает реальный объект со всеми методами: function createClient<T extends Record<string, RouteConfig>>(   config: T ): Client<T> {   const entries = Object.entries(config).map(([key, route]) => {     const fn = route.hasIdParam       ? (id: number) =>           Promise.resolve(`${route.method} ${route.path}/${id} was called!`)       : () => Promise.resolve(`${route.method} ${route.path} was called!`);      return [key, fn];   });    return Object.fromEntries(entries); }  // Пример использования const apiClient = createClient(routes);  apiClient.getUsers().then(console.log); // "GET /users was called!"  apiClient.getUserById(123).then(console.log); // "GET /users/123 was called!"  apiClient.createUser().then(console.log); // "POST /users was called!"

Что здесь интересно:

• На уровне типов мы вычисляем: если hasIdParam == true, то в сигнатуре метода ожидаем аргумент id: number. Иначе — пустой список аргументов.

• В коде createClient TypeScript подсказывает, где есть несовпадения типов, если мы вдруг попытаемся внести логику, несовместимую с нашей type-level декларацией.

Таким образом, мы избавляемся от дублирования: один раз объявили конфигурацию — и получили гарантированно согласованные методы клиента.

Пример 3: Генерация сообщений об ошибках валидации (Template Literal Types)

Шаблонные литералы типов позволяют склеивать строковые литералы на этапе компиляции, создавая более удобные и читаемые типы. Допустим, у нас есть условный тип, который проверяет, является ли поле обязательным, и возвращает строку ошибки:

type ValidateRequired<T, K extends keyof T & string> = undefined extends T[K]   ? `Error: Field "${K}" is optional, but is required.`   : true;  interface FormData {   name: string;   age?: number; }  type ValidateName = ValidateRequired<FormData, "name">; // true  type ValidateAge = ValidateRequired<FormData, "age">; // "Error: Field \"age\" is optional, but is required."

На практике это можно использовать во внутренних утилитах, где, если условие валидации не проходит, мы на уровне типов получаем строку с конкретным указанием на ошибку. Это помогает во время разработки, ещё до выполнения кода.

Пример 4: Программирование на типах со сложными условиями

Допустим, у нас есть протокол — мы хотим определить тип Flatten<T>, который «расплющивает» вложенные массивы в одномерный массив. Реализуем (упрощённую) версию через рекурсивные условные типы:

type Flatten<T> = T extends (infer U)[]   ? U extends any[]      ? Flatten<U>      : U   : T;  // Проверим: type A1 = Flatten<number[][][]>;  // number type A2 = Flatten<string[]>;      // string type A3 = Flatten<boolean>;       // boolean (не массив, значит остаётся как есть)

• T extends (infer U)[] — классический способ «выдернуть» тип из массива.

• Если U снова массив (U extends any[]), мы вызываем Flatten<U>, пока не дойдем до конца. Иначе возвращаем U.

• В итоге мы получаем глубоко расплющенный тип, но это работает лишь на этапе компиляции.

Пример 5: Выборка только readonly-полей

Представим задачу: у нас есть интерфейс, где некоторые поля помечены как readonly. А мы хотим создать новый тип, в котором только неизменяемые (readonly) поля остались, а изменяемые — убрали. .

// 1) Определяем равенство типов (IfEquals) type IfEquals<X, Y, A = true, B = false> = (<T>() => T extends X   ? 1   : 2) extends <T>() => T extends Y ? 1 : 2   ? A   : B;  // 2) Проверка является ли поле, K, readonly? type IsReadonlyKey<T, K extends keyof T> = IfEquals<   Pick<T, K>,   Readonly<Pick<T, K>> >;  // 3) Собираем объектный тип из только readonly-полей type OnlyReadonly<T> = {   // Перебираем все ключи T   // С помощью оператора 'as' оставляем только те,   // у которых IsReadonlyKey<T,K> = true   [K in keyof T as IsReadonlyKey<T, K> extends true ? K : never]: T[K]; };  interface MixedInterface {   readonly id: number;   name: string;   readonly createdAt: Date;   updatedAt: Date; }  type Result  = OnlyReadonly<MixedInterface>; /*   {     readonly id: number;     readonly createdAt: Date;   } */

• IfEquals<X, Y, A, B> утилита, проверяющая, действительно ли тип X равен типу Y.

  • Если равны (по структурной проверке TypeScript), вернёт тип A.

  • Если не равны, вернёт тип B.

• IsReadonly<T, K> проверяет, было ли поле K в типе T объявлено как readonly. Для этого условно снимает модификатор readonly и смотрит, изменится ли тип.

  • Если при снятии readonly тип не меняется, значит поле изначально не было readonly.

  • Если меняется — значит было readonly.

• ReadonlyOnly<T> перебирает все ключи и оставляет только те, для которых IsReadonly<T, K> вернуло true (то есть поля действительно readonly).

Это пример type-level логики, решающей задачу выделения полей по определённому критерию (readonly, optional, never и т. п.).

Нововведения TypeScript: что нового в Type-level программировании?

TypeScript продолжает стремительно развиваться. Рассмотрим несколько ключевых новшеств, появившихся в последних версиях TS.

Улучшенные условные типы

TypeScript теперь умеет оптимизировать условные типы глубже, избегая избыточных вычислений при работе с большими union-типами. Это ускоряет компиляцию и снижает нагрузку на систему типов.

type Simplify<T> = T extends infer U ? { [K in keyof U]: U[K] } : never;  type Test = Simplify<{ a: string } & { b: number }>; // Test: { a: string; b: number }

Глубокие рекурсивные условные типы

Ранее у TypeScript были ограничения на глубину рекурсии для условных типов. Теперь эти лимиты увеличены, что дает простор для еще более глубоких алгоритмов:

type Flatten<T> = T extends (infer U)[]   ? Flatten<U>   : T;  type DeepArray = number[][][][][]; type Result = Flatten<DeepArray>;  // number

Variadic Tuple Types (Вариативные кортежи)

Позволяют изменять структуру кортежа на уровне типов, добавляя или убирая элементы:

type AppendArgument<Func, Arg> =    Func extends (...args: infer Args) => infer R     ? (...args: [...Args, Arg]) => R     : never;  type MyFunc = (a: string, b: number) => void; type ExtendedFunc = AppendArgument<MyFunc, boolean>; // (a: string, b: number, args_2: boolean) => void

Расширенная работа с keyof и Template Literal Types

Теперь можно использовать keyof более гибко вместе с шаблонными литералами. Это упрощает создание типов, привязанных к строковым ключам.

type Events = "click" | "hover" | "keydown"; type EventHandlers<T extends string> = `${T}Handler`;  type Handlers = EventHandlers<Events>; // "clickHandler" | "hoverHandler" | "keydownHandler"

Ограничение глубины вычислений

Чтобы не взрывать компилятор слишком сложными рекурсивными типами, TypeScript позволяет явно задавать глубину вычислений:

type BuildArray<L extends number, A extends unknown[] = []> =   A['length'] extends L ? A : BuildArray<L, [unknown, ...A]>;  type Subtract<A extends number, B extends number> =   BuildArray<A> extends [...BuildArray<B>, ...infer R]     ? R['length']     : never;  type LimitDepth<T, Depth extends number> =   Depth extends 0     ? T     : T extends (infer U)[]       ? LimitDepth<U, Subtract<Depth, 1>>       : T;  type Limited = LimitDepth<number[][][][], 2>;  // Limited: number[][]

Плюсы и минусы Type-level программирования

Плюсы

• Меньше ошибок на этапе runtime. Многие проблемы ловятся компилятором.

• Меньше дублирования, т.к. часть логики шаблонизируется типами.

• Ясная архитектура: сложные API становятся самодокументирующимися.

Минусы

• Крутая кривая обучения. Сложные условные типы и рекурсии в типах могут быть тяжелыми для понимания.

• TS может выдавать громоздкие сообщения.

• Несмотря на постоянные улучшения, иногда приходится сталкиваться с лимитами системы типов и обходить узкие места.

Заключение

Type-level программирование в TypeScript — это не просто страшные условные типы, а целая парадигма, позволяющая:

• Строить динамические системы, где конфигурация (описанная в виде типов) формирует реальную логику на этапе компиляции.

• Избегать множества ошибок за счет статического анализа.

• Автоматизировать рутинные задачи (например, генерацию роутов, DTO, клиентских методов, валидацию и многое другое).

Новые возможности (улучшенные условные типы, рекурсивные типы, вариативные кортежи и т.д.) заметно расширяют границы того, что мы можем делать на уровне компиляции.

Если вы видите, что в вашем проекте много повторяющихся паттернов, а типы растут и усложняются — осмотритесь в сторону Type-level техник. Может оказаться, что многие вещи можно вычислить еще на этапе компиляции и тем самым упростить себе жизнь (и жизнь ваших коллег) на этапе runtime.

Остается только пожелать удачи в освоении TypeScript — и помните, что в вопросах метапрограммирования на типах горизонты постоянно расширяются с каждой новой версией!

А если вам интересно посмотреть, как декораторы в TypeScript помогают инкапсулировать сквозную функциональность (логирование, кеширование, валидацию и т.д.), рекомендую заглянуть в мою статью Мощь декораторов TypeScript на живых примерах. Декорирование методов класса.

Там вы найдете реальные примеры того, как декораторы упрощают код, избавляют от дублирования и делают ваше приложение более гибким и поддерживаемым. Приятного чтения!