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TypeScriptでnever型を使い例外を必ず発生させる関数の書き方

TypeScript

TypeScriptにおける型安全性の向上は、開発者がエラーを未然に防ぎ、堅牢なコードを書くための重要な手段です。その中でも「never型」は、特定の状況下で非常に有効に機能します。never型は、関数が正常に終了しないことを示す型であり、特に必ず例外を発生させる関数や無限ループを持つ関数など、決して戻り値を返さない関数で使用されます。本記事では、TypeScriptのnever型を用いて、例外処理をどのように型として表現できるかを詳しく解説します。

目次

never型とは？


never型は、TypeScriptにおいて「決して値を返さない」ことを示す特殊な型です。具体的には、関数が例外をスローして終了する、もしくは無限ループで処理が永遠に続く場合に使用されます。これは、他の型とは異なり「到達できない状態」を表現するため、値が存在しないことが型レベルで保証されます。never型は関数が「終了しない」ことを明示的に示すため、エラーハンドリングや条件分岐での型安全性を高める手段として非常に役立ちます。

例外処理におけるnever型の利用方法


例外処理において、never型は「必ず例外が発生する」ことを関数の型で明示するのに役立ちます。例えば、アプリケーションで予期しない状態が発生した場合、その状態を処理する関数が必ず例外をスローするように設計することができます。この際、戻り値を持たない関数に対してnever型を指定することで、開発者は「この関数が正常に終了することはない」ことを型レベルで保証できます。

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

この関数では、文字列のメッセージを受け取って必ずエラーをスローします。戻り値を返すことはなく、常に例外を発生させるため、その型としてneverが適用されます。これにより、呼び出し側でこの関数が終了することを想定しないコードを書くことができます。

never型を使った関数の設計パターン


never型は、必ず例外が発生する関数や、他の関数から分岐して戻らないような関数の設計に役立ちます。以下では、never型を利用した一般的な設計パターンを紹介します。

予期しない状態を処理する関数


アプリケーション開発では、あり得ない状態に遭遇した場合に備えて、それを処理するための関数を作ることがあります。これをnever型で型付けすることで、その状態が発生したら即座にエラーがスローされることを保証できます。

function handleUnexpectedState(state: never): never {
    throw new Error(`Unexpected state: ${state}`);
}

この例では、関数に到達することが論理的にあり得ない状態（never型）を扱うとしています。このパターンは、TypeScriptの型システムによって予測できない状態をコンパイル時に発見できるため、型安全性を高めるのに役立ちます。

無限ループを持つ関数


無限ループでプログラムが終了しない状況も、never型で表現できます。無限に処理が続く関数は戻り値を返さないため、never型を適用するのが正しい設計です。

function infiniteLoop(): never {
    while (true) {
        // 無限に実行される処理
    }
}

この関数は永遠にループを続けるため、never型が適しています。このように、never型は「関数が終了しない」ことを明示する設計に利用されます。

これらのパターンを活用することで、アプリケーション全体の型安全性が向上し、予期しないエラーの発生を防ぐ設計が可能になります。

タイプセーフティの向上


never型を活用することで、TypeScriptでのタイプセーフティが大幅に向上します。具体的には、コンパイラが到達できないコードや予期しない分岐を検出し、開発者に対して警告を出すことができるようになります。これにより、予期せぬエラーやバグを未然に防ぐことができ、信頼性の高いコードを記述する助けとなります。

型の網羅性チェック


TypeScriptの「型の網羅性チェック」とは、すべての可能性をカバーするコードを書いているかどうかをコンパイラが確認できる機能です。never型を使うことで、switch文や条件分岐で「あり得ない状態」がある場合に、それが検出され、適切にエラーハンドリングが行われることを保証できます。

type Status = 'success' | 'error';

function handleStatus(status: Status): string {
    switch (status) {
        case 'success':
            return 'Operation successful!';
        case 'error':
            return 'Operation failed!';
        default:
            return handleUnexpectedState(status);
    }
}

function handleUnexpectedState(state: never): never {
    throw new Error(`Unexpected state: ${state}`);
}

この例では、Status型が'success'と'error'の2つしか持たないため、defaultの分岐に到達することはありえません。しかし、将来的にStatusに新しい値が追加された場合、それに対する処理が行われなければならないという警告を、コンパイラがnever型を使って検出することができます。これにより、すべての分岐を適切に処理しているか確認でき、型安全性が向上します。

エラーハンドリングの強化


例外が発生する状況に対して、never型を適用することで、関数が「終了しない」ことを明示的に伝えられます。これにより、開発者は例外処理のロジックが適切に記述されていることを保証でき、予期しないエラーを回避することができます。

実際のコード例


ここでは、never型を使って例外を発生させる関数の具体的なコード例を示します。このコード例を通じて、never型がどのように使用され、どのように型安全性を提供するのかを確認できます。

例1: 例外をスローする関数


以下のコードは、必ず例外を発生させる関数をnever型で表現しています。この関数は必ず例外をスローし、正常な実行パスに戻ることはありません。

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

このfail関数は、与えられたメッセージで常にエラーを発生させるため、戻り値を持ちません。そのため、戻り値の型はneverとなります。このようにnever型を使うことで、関数が終了しないことを型システムに伝えられます。

例2: 決して返らない関数を条件で使用する


次に、never型を活用して、分岐処理で必ず終了しないロジックを実装する例を示します。

type Status = 'success' | 'failure';

function processStatus(status: Status): void {
    if (status === 'success') {
        console.log('Process succeeded');
    } else {
        fail('Process failed');
    }
}

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

このprocessStatus関数では、statusが'failure'の場合に必ずfail関数が呼ばれ、例外が発生します。ここでfail関数がnever型を返すことにより、'failure'のケースでは関数が決して正常に終了しないことが保証され、コンパイラがこれを理解して型チェックを行います。

例3: switch文でのnever型の活用


以下の例は、switch文でnever型を使用し、将来追加される可能性のある値を網羅するためのコードです。

type UserAction = 'login' | 'logout';

function handleUserAction(action: UserAction): void {
    switch (action) {
        case 'login':
            console.log('User logged in');
            break;
        case 'logout':
            console.log('User logged out');
            break;
        default:
            handleUnexpectedAction(action);
    }
}

function handleUnexpectedAction(action: never): never {
    throw new Error(`Unexpected action: ${action}`);
}

この例では、UserActionが'login'と'logout'だけを持つため、それ以外の値が渡されることは理論上ありません。しかし、TypeScriptの型システムを利用し、もし新しいUserActionが追加された場合には、defaultのケースでnever型を使って「予期しない状態」を明示し、エラーハンドリングを行うことができます。

これらのコード例は、never型が例外処理や分岐ロジックでどのように利用され、型安全性を高めるかを示しています。

エラーハンドリングとnever型のメリット


never型を使ったエラーハンドリングは、コードの安全性と可読性を向上させます。特に、予期しない状況に遭遇した際にその状態を明示的に扱うことで、潜在的なバグや誤動作を防ぎやすくなります。ここでは、エラーハンドリングにおけるnever型のメリットを紹介します。

予期しないエラーを確実にキャッチ


never型を用いることで、予期しないエラーや例外が発生する際、型レベルでそれをキャッチできます。例えば、関数内で処理できないエラーが発生した場合に、必ず例外をスローし、それ以降の処理が実行されないことを保証できます。これにより、エラーハンドリングが確実に行われることが保証され、プログラムの動作が安全になります。

function processUserInput(input: string): string {
    if (input === 'valid') {
        return 'Valid input';
    } else {
        return fail('Invalid input');
    }
}

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

この例では、無効な入力があった場合にfail関数を呼び出し、必ず例外をスローすることで、エラーハンドリングが適切に行われます。結果として、無効な入力に対する後続の処理が間違って実行されることを防ぎます。

コードの意図を明確化


never型を使用することで、コードの意図が明確になります。関数が終了しない、例外をスローするなどの意図が型定義に現れるため、コードを読んだりメンテナンスしたりする際に、動作を直感的に理解しやすくなります。これにより、将来的な変更やバグ修正も容易になります。

コンパイラによるサポート


TypeScriptのコンパイラは、never型を利用してコードの網羅性をチェックします。これにより、switch文や条件分岐で漏れがないか確認でき、すべてのケースを処理することが強制されます。もし漏れがあった場合、コンパイラが警告を出すため、予期しないエラーを事前に防ぐことができます。

function assertUnreachable(x: never): never {
    throw new Error("Didn't expect to get here");
}

このように、never型を使うことで、コード内で予期しない動作があった場合にそれを安全に処理でき、開発時の安心感が高まります。

デバッグが容易に


never型を用いた関数が存在すると、エラーが発生する箇所が明確になり、デバッグの際にどの関数が問題の原因であるかを容易に特定できます。特に、未処理の例外や誤った処理分岐が発生した場合に、never型で定義された関数がエラーをスローするため、エラーハンドリングが強化されます。

never型を適切に活用することで、アプリケーションの型安全性とエラーハンドリングが強化され、開発の効率化と信頼性の向上に大きく貢献します。

他の型との違い


TypeScriptのnever型は、他の型とは異なり「決して値を返さない」ことを示す特別な型です。これを理解するために、never型と似たようなシナリオで使用される他の型、例えばvoid型やnull型、undefined型との違いを詳しく説明します。

void型との違い


void型は、「値を返さないが、正常に終了する関数」を表現するために使われます。一方、never型は「決して終了しない」または「値を返さない」ことを表すために使われます。このため、void型の関数は通常処理が完了して制御が戻りますが、never型の関数は例外をスローしたり無限ループに入ったりして、制御が戻ることはありません。

function logMessage(message: string): void {
    console.log(message);
}

function throwError(error: string): never {
    throw new Error(error);
}

上記の例では、logMessage関数はvoid型で、何も返さず処理を完了します。しかし、throwError関数は例外をスローし、決して終了しないため、never型が使用されています。

null型・undefined型との違い


null型やundefined型は、変数が「空の値」や「定義されていない値」を持つことを表現しますが、これらはあくまでも実在する値です。nullやundefinedはプログラム中で操作され得る一方、never型は完全に「到達不能」または「戻り値がない」ことを意味します。したがって、nullやundefinedとは異なり、neverは型推論の中でも「この場所には決して到達しない」ことを示します。

let emptyValue: null = null;
let notDefined: undefined = undefined;

function unreachableFunction(): never {
    throw new Error('This will never return');
}

nullやundefinedはそのまま変数に代入できる値である一方、never型の関数は決して値を返さず、制御が戻ることもありません。

union型との関係


never型は、他の型と組み合わせるとユニオン型において削除されます。つまり、never型はどの型とも共存できないため、ユニオン型で使用すると自動的に除外されます。

type A = string | never; // 実際は type A = string と同じ

このように、never型は他の型とユニオンすると型としての役割を果たさないため、実質的に除外されます。これは、never型が「到達不能」を意味するためであり、他のどの型とも交わらないことを示します。

any型との比較


any型は「どんな値でも許容する」型ですが、never型は「どんな値も許容しない」型です。このため、any型は最も緩い型である一方、never型は最も厳しい型と言えます。any型の変数はどんな値にもなり得ますが、never型の変数は何も受け入れず、何も返しません。

このように、never型は他の型とは一線を画すものであり、特定の状況、特にエラーハンドリングや型の網羅性チェックに非常に有用な型です。

よくある間違いと回避策


never型を使用する際には、初心者が陥りがちな間違いや誤解がいくつかあります。ここでは、never型に関連するよくある間違いと、それを回避するための方法について説明します。

誤解1: void型とnever型の混同


よくある間違いの一つは、void型とnever型を混同することです。void型は「値を返さないが、正常に終了する」関数を表すのに対し、never型は「決して終了しない」または「例外を発生させる」関数を示します。この違いを理解していないと、エラーハンドリングが期待通りに動作しない場合があります。

回避策:
void型はあくまで「何も返さないが処理は終了する」ことを意味します。エラーを発生させたり、無限ループのように関数が終了しない場合は必ずnever型を使いましょう。

function incorrectFunction(): void {
    throw new Error('This should be never, not void');
}

function correctFunction(): never {
    throw new Error('This will never return');
}

誤解2: 汎用的な関数でnever型を使う


never型は特殊な状況で使用されるものであり、通常の汎用的な関数には適しません。never型は、到達不可能なコードや例外を明示的に示すための型です。これを意図せず汎用的なコードに使用すると、予期しない動作を引き起こす可能性があります。

回避策:
never型は、例外処理やエラー処理でのみ使用し、通常の関数には使わないようにしましょう。適切に使うことで型安全性を高める一方、誤用すると型システムの意図が崩れてしまいます。

誤解3: 型の網羅性チェックを忘れる


switch文や条件分岐でnever型を使う際に、網羅性のチェックを忘れることもよくある間違いです。never型は、すべてのケースを処理していることを型システムに保証させるために使いますが、ケースが追加された場合にこのチェックを忘れてしまうと、エラーが適切に処理されないことがあります。

回避策:
switch文や条件分岐で、すべてのケースが網羅されていることを常に確認し、追加されたケースに対しても適切な処理がなされているかコンパイラでチェックしましょう。

type Status = 'success' | 'error';

function processStatus(status: Status): string {
    switch (status) {
        case 'success':
            return 'Success!';
        case 'error':
            return 'Error occurred';
        default:
            return assertUnreachable(status); // 必ずnever型を扱う
    }
}

function assertUnreachable(x: never): never {
    throw new Error('Unexpected value: ' + x);
}

誤解4: never型を明示的に返す関数を作ろうとする


never型は「決して値を返さない」ことを示すため、戻り値としてnever型を意図的に返す関数は設計上不適切です。never型は、エラーをスローするか、到達できないコードの結果として使用されるべきものであり、明示的に返すものではありません。

回避策:
never型はエラーハンドリングや無限ループの文脈でのみ使うべきであり、明示的に返す値として設計してはいけません。

// 不適切な使用例
function returnNever(): never {
    return; // 戻り値がないため、void型を使うべき
}

never型を適切に使うことで、より強力で堅牢な型安全性が得られますが、その用途を誤ると逆にバグや誤解を招く原因となるため、正しい文脈での利用が大切です。

応用例：フロントエンドでの利用シーン


TypeScriptのnever型は、フロントエンド開発においても有効な場面があります。特に、状態管理やエラーハンドリングにおいて、その効果が発揮されます。ここでは、フロントエンドアプリケーションでnever型を活用する具体的なシーンを紹介します。

状態管理でのnever型


フロントエンドでは、ReactやVueなどのコンポーネントベースのライブラリで状態管理を行います。TypeScriptを使用する際、状態のすべての可能性を網羅したい場合があります。例えば、アプリケーションの状態がloading、success、errorの3つの状態を持つと仮定しましょう。ここで、never型を使うことで将来状態が増えた際に、全てのケースを処理しているかどうかをチェックすることができます。

type AppState = 'loading' | 'success' | 'error';

function renderApp(state: AppState) {
    switch (state) {
        case 'loading':
            return 'Loading...';
        case 'success':
            return 'Data loaded successfully!';
        case 'error':
            return 'An error occurred';
        default:
            return assertUnreachable(state);
    }
}

function assertUnreachable(x: never): never {
    throw new Error('Unexpected state: ' + x);
}

このように、状態を追加した際にすべてのケースをカバーしていなければ、コンパイラが警告を出し、エラー処理を忘れることなく、より堅牢な状態管理が可能になります。

APIエラーハンドリングでの応用


フロントエンドアプリケーションでは、外部APIからデータを取得する際に、エラーが発生することがあります。never型を利用することで、APIのエラーハンドリングを安全に行うことができます。たとえば、APIリクエストが失敗した場合に、never型を使って適切なエラーメッセージをスローすることで、予期しない動作を防ぎます。

async function fetchData(url: string): Promise<string> {
    const response = await fetch(url);

    if (!response.ok) {
        return handleApiError(response.status);
    }

    const data = await response.json();
    return data;
}

function handleApiError(status: number): never {
    throw new Error(`API request failed with status ${status}`);
}

この例では、APIリクエストが失敗した場合、handleApiError関数がnever型を返し、例外をスローします。これにより、後続の処理が実行されないことが型レベルで保証され、安全なエラーハンドリングが行われます。

UIイベント処理におけるnever型の利用


UIイベントのハンドリングでも、never型は活用できます。例えば、クリックイベントなどで、予期しないイベントタイプを処理する際に、never型を用いてエラー処理を行います。

type ButtonAction = 'save' | 'delete';

function handleButtonClick(action: ButtonAction) {
    switch (action) {
        case 'save':
            console.log('Saving...');
            break;
        case 'delete':
            console.log('Deleting...');
            break;
        default:
            assertUnreachable(action);
    }
}

この場合、ButtonActionが'save'または'delete'以外の値を取ることはありませんが、将来的に新しいアクションが追加された場合に備えて、defaultケースでnever型を使ってエラーハンドリングを行っています。

フロントエンド開発におけるnever型の利用は、特に状態管理やエラーハンドリングにおいて、バグを防ぐだけでなく、将来の拡張にも強いコードを提供します。これにより、アプリケーションの堅牢性とメンテナンス性が大幅に向上します。

演習問題


ここでは、never型の理解を深めるための演習問題をいくつか提示します。これらの問題を通じて、never型を使った関数やエラーハンドリングの実装方法を実践的に学べます。解答とともにコードを実装し、正しく動作するか確認してみてください。

問題1: never型を使った例外スロー関数を実装する


以下の要件を満たす関数throwIfNullOrUndefinedを実装してください。この関数は、与えられた値がnullまたはundefinedの場合に例外をスローし、それ以外の場合はその値を返します。

要件:

  • 引数にはstring | null | undefined型の値が与えられる
  • 値がnullまたはundefinedの場合、例外をスローする
  • それ以外の場合はその値をそのまま返す
  • never型を適切に使用すること
function throwIfNullOrUndefined(value: string | null | undefined): string {
    // 実装を行ってください
}

問題2: 状態管理でnever型を使う


アプリケーションの状態管理で'idle', 'loading', 'success', 'error'の4つの状態を持つAppStatus型を定義し、それに応じて適切なメッセージを返すgetStatusMessage関数を実装してください。未定義の状態が渡された場合、never型を使ってエラーハンドリングを行うこと。

要件:

  • AppStatus型を定義する
  • getStatusMessage関数を実装する
  • switch文を使ってすべての状態を処理する
  • それ以外の状態が渡された場合、エラーハンドリングをする
type AppStatus = 'idle' | 'loading' | 'success' | 'error';

function getStatusMessage(status: AppStatus): string {
    // 実装を行ってください
}

問題3: APIエラーハンドリングでnever型を使用する


APIからデータを取得する関数fetchDataWithNeverを実装してください。この関数は、HTTPステータスコードに基づいてエラーを処理します。ステータスが200でない場合、never型を使用してエラーハンドリングを行います。

要件:

  • fetch関数を用いてAPIからデータを取得する
  • ステータスコードが200でない場合、never型を使って例外をスローする
  • 200の場合はデータを返す
async function fetchDataWithNever(url: string): Promise<string> {
    // 実装を行ってください
}

これらの演習問題を解くことで、never型の使い方を実践的に理解し、型安全性を強化したエラーハンドリングや状態管理の方法を学ぶことができます。

まとめ


本記事では、TypeScriptのnever型を使用して、必ず例外が発生する関数や無限ループを持つ関数をどのように型で表現するかについて詳しく解説しました。never型は、型安全性を高めるための非常に重要なツールであり、エラーハンドリングや状態管理で特に役立ちます。また、void型やnull型、undefined型との違いを理解し、適切に利用することで、予期しないエラーやバグを防ぎ、堅牢なコードを実現できます。実際の応用例や演習問題を通して、より深い理解を得られたことと思います。

TypeScript
例外処理 TypeScript 型安全 never型

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