TypedDictでpythonのtype hintでdictのkeyとvalueに厳格に型をつける

はじめに

pythonのtype hintでdict型のkeyとvalueの対応に厳格に型をつける方法を紹介する。

動作環境

• pythonのtype checkにはpyrightのstrict modeを使用(多分他のtype checkツールでも同じ結果、試してないけど)
• python3.8

組み込みDictの問題点

組み込みのDict typeには厳格にkeyとvalueの対応付けを考慮した型付けができない。
例えば以下の様な関数があったとする。

def show_animal(a):
    print(a["name"])
    print(a["age"])

この関数はnameとagekeyを持ちかつnameとしてintを、ageとしてintをもつdictのみを受け取りたい。
keyだけの制限ならLiteral型を使用すれば制約をかけられる。

Animal = Dict[Literal["name", "age"], Union[str, int]]

def show_animal(a: Animal):
    print(a["name"])
    print(a["age"])

show_animal({"name": "taro", "age": 5}) # ok
show_animal({"name": "taro", "color": "black"}) # bad

しかしこの方法の問題点としてkeyとvalueの対応付けまでは制限をかけられない。
具体的には以下が通ってしまう。

show_animal({"name": 5, "age": "taro"}) # ok

これを通したくない。

classを用いた解決

class、特に直積型のコンテナとして優秀なdataclassを使用すればkeyとvalueの型の対応付けが保証できる。

@dataclass
class Animal:
    name: str
    age: int

def show_animal(a: Animal):
    print(a["name"])
    print(a["age"])


show_animal(Animal("taro", 5)) # ok
show_animal(Animal(5, "taro")) # bad

しかしクラスの定義はいいとして関数に渡すときに該当のインスタンスを生成する必要がある。
dictのまま扱いたいときにはこのやり方はそぐわない。

TypedDictを用いた解決

dictのまま厳格に型を付けたいusecase用にTypedDictという便利なものが用意されている。

class Animal(TypedDict):
    name: str
    age: int

def show_animal(a: Animal):
    print(a["name"])
    print(a["age"])


show_animal({"name": "taro", "age": 5}) # ok
show_animal({"name": "taro", "color": "black"}) # bad
show_animal({"name": 5, "age": "taro"}) # bad

これで望み通りにkeyとvalueの対応に対して型が付けられる。
ちなみにTypedDictを用いた定義は継承以外にも用意されている。

Animal = TypedDict("Animal", name=str, age=int)
Animal = TypedDict("Animal", {"name": str, "age": int})

最後に

pythonのtype hint(とチェックツールを用いた静的型検査)はやればまあまあできる子。