類別型別保護（Class Type Guard）

簡介

在 TypeScript 中，型別推論 能讓編譯器自動判斷變數的型別，而 型別保護（type narrowing） 則是把較寬鬆的型別縮小成更具體的型別，讓程式在執行階段能獲得更好的安全性與自動補完。
當我們在面對多型（polymorphism）或是同一個變數可能是多種不同類別的情況時，僅靠屬性檢查往往不足——此時 類別型別保護 就派上用場。透過 instanceof、in、自訂型別保護函式或是私有屬性等技巧，我們可以在執行時確定變數究竟是哪一個具體類別，進而安全地呼叫對應的方法或屬性。

本篇文章將從概念說明、實作範例、常見陷阱與最佳實踐，最後帶出實務應用，讓你在日常開發中能熟練運用類別型別保護，寫出更可靠的 TypeScript 程式碼。

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核心概念

1. 為什麼需要類別型別保護？

在 OOP 中，我們常會把父類別（或介面）作為參數或屬性型別，然後在函式內根據實際傳入的子類別執行不同的邏輯。若沒有型別保護，編譯器只能看到「父類別」的型別資訊，會阻止我們直接存取子類別特有的屬性或方法。

例子：Animal 為基底類別，Dog 與 Cat 為子類別。若函式接受 Animal，想要呼叫 bark()（只屬於 Dog）就必須先確定實際傳入的是 Dog。

2. instanceof – 最直觀的類別保護

instanceof 是 JavaScript 原生提供的運算子，會在執行時檢查物件的原型鏈。TypeScript 能夠根據 instanceof 的結果自動縮小型別。

class Animal {
  name: string;
  constructor(name: string) {
    this.name = name;
  }
}

class Dog extends Animal {
  bark() {
    console.log(`${this.name} says: Woof!`);
  }
}

class Cat extends Animal {
  meow() {
    console.log(`${this.name} says: Meow!`);
  }
}

function speak(animal: Animal) {
  if (animal instanceof Dog) {
    // 在此分支裡，animal 被縮小為 Dog
    animal.bark();               // ✅ 安全呼叫
  } else if (animal instanceof Cat) {
    animal.meow();               // ✅ 安全呼叫
  } else {
    console.log(`${animal.name} makes no sound.`);
  }
}

重點：instanceof 只能用於 具名類別（有 constructor function），對於介面或型別別名無效。

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3. in 運算子 – 檢查屬性是否存在

有時候我們只想根據某個屬性是否出現在物件上來判斷類別，in 可以做到這一點。配合 TypeScript 的 映射型別保護，編譯器同樣會縮小型別。

interface Square {
  kind: "square";
  size: number;
}

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

type Shape = Square | Circle;

function area(shape: Shape): number {
  if ("size" in shape) {
    // 此時 shape 被推斷為 Square
    return shape.size * shape.size;
  } else {
    // 此時 shape 被推斷為 Circle
    return Math.PI * shape.radius ** 2;
  }
}

提示：in 只適用於 屬性名稱是字面量 的情況，且必須保證屬性在所有可能的型別中不會同時出現。

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4. 自訂類別型別保護函式

當 instanceof 或 in 無法滿足需求時，我們可以自行撰寫 型別保護函式（type guard function），其返回值必須是形如 param is SpecificType 的型別謂詞。

class Bird {
  fly() {
    console.log("I can fly!");
  }
}

class Penguin {
  swim() {
    console.log("I can swim!");
  }
}

// 型別保護函式
function isBird(creature: Bird | Penguin): creature is Bird {
  // 只要有 fly 方法就視為 Bird
  return (creature as Bird).fly !== undefined;
}

function move(creature: Bird | Penguin) {
  if (isBird(creature)) {
    // 這裡 creature 已被縮小為 Bird
    creature.fly();   // ✅ 安全呼叫
  } else {
    // 這裡 creature 被縮小為 Penguin
    creature.swim();  // ✅ 安全呼叫
  }
}

技巧：型別保護函式內部可以使用任意的 runtime 檢查（typeof、instanceof、屬性檢查等），只要回傳 boolean 並在函式簽名中寫明 param is TargetType。

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5. 私有或受保護屬性作為隱形標記

在某些情況下，我們希望類別之間的型別保護是 不可被外部偽造 的。利用 私有欄位（private）或 受保護欄位（protected）作為類別的隱形標記，配合 instanceof 或自訂保護函式，可避免跨檔案手動造假。

class Vehicle {
  // 私有屬性僅在同一類別內可見，外部無法直接檢測
  private readonly __vehicleBrand!: string;
}

class Car extends Vehicle {
  drive() {
    console.log("Driving a car");
  }
}

class Bike extends Vehicle {
  pedal() {
    console.log("Pedaling a bike");
  }
}

// 使用 instanceof + private 標記的保護函式
function isCar(v: Vehicle): v is Car {
  return v instanceof Car;
}

function operate(v: Vehicle) {
  if (isCar(v)) {
    v.drive();   // ✅ 安全呼叫
  } else {
    (v as Bike).pedal(); // 仍需要斷言，或寫另一個保護函式
  }
}

要點：私有屬性不會出現在型別宣告的結構中，但仍會在執行時隨實例存在，instanceof 能正確辨識子類別。

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6. 抽象類別與受保護建構子

抽象類別本身不能直接被實例化，常用來定義共通介面。當抽象類別的建構子被標記為 protected 時，只有子類別才能呼叫，這也為型別保護提供了額外的安全層。

abstract class Shape {
  protected constructor(public readonly name: string) {}
  abstract area(): number;
}

class Rectangle extends Shape {
  constructor(public width: number, public height: number) {
    super("rectangle");
  }
  area() {
    return this.width * this.height;
  }
}

class Triangle extends Shape {
  constructor(public base: number, public height: number) {
    super("triangle");
  }
  area() {
    return (this.base * this.height) / 2;
  }
}

function printArea(s: Shape) {
  // 直接使用抽象類別的抽象方法，不需要額外保護
  console.log(`${s.name} area = ${s.area()}`);
}

實務意義：抽象類別配合 instanceof 可在大型系統中快速定位子類別，同時保證只能由合法子類別產生實例。

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常見陷阱與最佳實踐

陷阱	說明	解決方案
使用 instanceof 判斷介面	介面在編譯後會被擦除，instanceof 永遠回傳 false。	改用屬性檢查 (in) 或自訂型別保護函式。
屬性名稱重疊導致誤判	多個型別同時擁有相同屬性，in 會產生錯誤的縮小結果。	使用 辨別聯合類型（discriminated union）或加入額外的區分屬性（如 kind）。
私有屬性被外部斷言繞過	as 斷言可以強制把任何物件視為某類別，削弱型別保護。	在公共 API 中盡量避免接受 any/unknown，或在函式內部使用自訂保護函式再次驗證。
過度依賴 any	一旦進入 any，型別推論即失效，保護機制無法發揮。	儘量使用 unknown，配合型別保護函式轉換為具體型別。
忘記回傳型別謂詞	自訂保護函式若忘記寫 param is Target，編譯器不會縮小型別。	使用 IDE 快速模板或 lint 規則（如 typescript-eslint）提醒。

最佳實踐

1. 先選擇語意最清晰的保護方式：instanceof → in → 自訂保護函式。
2. 在聯合型別中加入 kind 或類似辨別屬性，避免屬性重疊。
3. 保持保護函式純粹：僅做型別檢查，不執行副作用。
4. 對外部輸入使用 unknown，在入口處立即做型別保護，減少污染整個程式碼基底。
5. 寫單元測試：特別是自訂保護函式的邊界情況，確保未來重構不會破壞型別安全。

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實際應用場景

1. 前端表單驗證

在大型表單中，每個欄位可能對應不同的驗證類別（RequiredValidator、EmailValidator、NumberRangeValidator）。透過 instanceof 或 kind 屬性，我們可以在迭代驗證器陣列時正確呼叫對應的 validate() 方法。

2. UI 元件庫的多樣化渲染

React/Vue 的元件庫常會接受 props 為多種子類別（例如 ButtonProps、LinkProps）。使用類別型別保護，我們能在單一渲染函式內安全地判斷並返回正確的 JSX/TSX。

3. 後端服務的指令處理（Command Pattern）

指令物件 (CreateUserCommand、DeleteUserCommand) 繼承自抽象 Command。在指令分派器（dispatcher）中，使用 instanceof 直接把指令路由到相應的處理器，避免繁雜的 switch。

4. 資料流（Stream）與事件系統

事件基礎設計常會有 MouseEvent、KeyboardEvent、TouchEvent 等子類別。透過 in 檢查 button、key 等屬性，或自訂保護函式，能在事件處理器中安全取得特定屬性。

5. 微服務間的訊息協定

跨服務傳遞的訊息可能是 UserCreatedMessage、OrderPlacedMessage 等，皆實作同一個介面 Message。在接收端使用 kind 辨別或 instanceof（若使用 class）來正確解碼與處理。

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總結

類別型別保護是 TypeScript 型別系統 與 JavaScript 執行時 互相配合的關鍵技巧。透過 instanceof、in、自訂型別保護函式以及私有/受保護屬性的巧妙運用，我們可以在不犧牲程式彈性的前提下，取得 編譯期的型別安全 與 執行期的行為保證。

在實務開發中，建議遵循以下步驟：

1. 先檢查是否有明顯的辨別屬性（kind），若有則直接使用 in 或 switch。
2. 若類別具備構造函式，優先使用 instanceof。
3. 當上述方式皆不適用，自行撰寫型別保護函式，並確保其返回型別謂詞。
4. 在公共 API 處理外部資料時，使用 unknown + 型別保護，避免 any 的污染。
5. 持續寫測試，確保保護邏輯在未來的重構或擴充中仍然正確。

掌握了類別型別保護，你的 TypeScript 程式將更安全、可讀、易於維護，也能更自信地在大型專案中運用多型與抽象概念。祝你寫程式快快樂樂，型別安全永相伴！