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TypeScript 泛型

简介

有些时候,函数返回值的类型与参数类型是相关的。

javascript
function getFirst(arr) {
  return arr[0];
}

上面示例中,函数getFirst()总是返回参数数组的第一个成员。参数数组是什么类型,返回值就是什么类型。

这个函数的类型声明只能写成下面这样。

typescript
function f(arr:any[]):any {
  return arr[0];
}

上面的类型声明,就反映不出参数与返回值之间的类型关系。

为了解决这个问题,TypeScript 就引入了“泛型”(generics)。泛型的特点就是带有“类型参数”(type parameter)。

typescript
function getFirst<T>(arr:T[]):T {
  return arr[0];
}

上面示例中,函数getFirst()的函数名后面尖括号的部分<T>,就是类型参数,参数要放在一对尖括号(<>)里面。本例只有一个类型参数T,可以将其理解为类型声明需要的变量,需要在调用时传入具体的参数类型。

上例的函数getFirst()的参数类型是T[],返回值类型是T,就清楚地表示了两者之间的关系。比如,输入的参数类型是number[],那么 T 的值就是number,因此返回值类型也是number

函数调用时,需要提供类型参数。

typescript
getFirst<number>([1, 2, 3])

上面示例中,调用函数getFirst()时,需要在函数名后面使用尖括号,给出类型参数T的值,本例是<number>

不过为了方便,函数调用时,往往省略不写类型参数的值,让 TypeScript 自己推断。

typescript
getFirst([1, 2, 3])

上面示例中,TypeScript 会从实际参数[1, 2, 3],推断出类型参数 T 的值为number

有些复杂的使用场景,TypeScript 可能推断不出类型参数的值,这时就必须显式给出了。

typescript
function comb<T>(arr1:T[], arr2:T[]):T[] {
  return arr1.concat(arr2);
}

上面示例中,两个参数arr1arr2和返回值都是同一个类型。如果不给出类型参数的值,下面的调用会报错。

typescript
comb([1, 2], ['a', 'b']) // 报错

上面示例会报错,TypeScript 认为两个参数不是同一个类型。但是,如果类型参数是一个联合类型,就不会报错。

typescript
comb<number|string>([1, 2], ['a', 'b']) // 正确

上面示例中,类型参数是一个联合类型,使得两个参数都符合类型参数,就不报错了。这种情况下,类型参数是不能省略不写的。

类型参数的名字,可以随便取,但是必须为合法的标识符。习惯上,类型参数的第一个字符往往采用大写字母。一般会使用T(type 的第一个字母)作为类型参数的名字。如果有多个类型参数,则使用 T 后面的 U、V 等字母命名,各个参数之间使用逗号(“,”)分隔。

下面是多个类型参数的例子。

typescript
function map<T, U>(
  arr:T[],
  f:(arg:T) => U
):U[] {
  return arr.map(f);
}

// 用法实例
map<string, number>(
  ['1', '2', '3'],
  (n) => parseInt(n)
); // 返回 [1, 2, 3]

上面示例将数组的实例方法map()改写成全局函数,它有两个类型参数TU。含义是,原始数组的类型为T[],对该数组的每个成员执行一个处理函数f,将类型T转成类型U,那么就会得到一个类型为U[]的数组。

总之,泛型可以理解成一段类型逻辑,需要类型参数来表达。有了类型参数以后,可以在输入类型与输出类型之间,建立一一对应关系。

泛型的写法

泛型主要用在四个场合:函数、接口、类和别名。

函数的泛型写法

上一节提到,function关键字定义的泛型函数,类型参数放在尖括号中,写在函数名后面。

typescript
function id<T>(arg:T):T {
  return arg;
}

那么对于变量形式定义的函数,泛型有下面两种写法。

typescript
// 写法一
let myId:<T>(arg:T) => T = id;

// 写法二
let myId:{ <T>(arg:T): T } = id;

接口的泛型写法

interface 也可以采用泛型的写法。

typescript
interface Box<Type> {
  contents: Type;
}

let box:Box<string>;

上面示例中,使用泛型接口时,需要给出类型参数的值(本例是string)。

下面是另一个例子。

typescript
interface Comparator<T> {
  compareTo(value:T): number;
}

class Rectangle implements Comparator<Rectangle> {

  compareTo(value:Rectangle): number {
    // ...
  }
}

上面示例中,先定义了一个泛型接口,然后将这个接口用于一个类。

泛型接口还有第二种写法。

typescript
interface Fn {
  <Type>(arg:Type): Type;
}

function id<Type>(arg:Type): Type {
  return arg;
}

let myId:Fn = id;

上面示例中,Fn的类型参数Type的具体类型,需要函数id在使用时提供。所以,最后一行的赋值语句不需要给出Type的具体类型。

此外,第二种写法还有一个差异之处。那就是它的类型参数定义在某个方法之中,其他属性和方法不能使用该类型参数。前面的第一种写法,类型参数定义在整个接口,接口内部的所有属性和方法都可以使用该类型参数。

类的泛型写法

泛型类的类型参数写在类名后面。

typescript
class Pair<K, V> {
  key: K;
  value: V;
}

下面是继承泛型类的例子。

typescript
class A<T> {
  value: T;
}

class B extends A<any> {
}

上面示例中,类A有一个类型参数T,使用时必须给出T的类型,所以类B继承时要写成A<any>

泛型也可以用在类表达式。

typescript
const Container = class<T> {
  constructor(private readonly data:T) {}
};

const a = new Container<boolean>(true);
const b = new Container<number>(0);

上面示例中,新建实例时,需要同时给出类型参数T和类参数data的值。

下面是另一个例子。

typescript
class C<NumType> {
  value!: NumType;
  add!: (x: NumType, y: NumType) => NumType;
}

let foo = new C<number>();

foo.value = 0;
foo.add = function (x, y) {
  return x + y;
};

上面示例中,先新建类C的实例foo,然后再定义示例的value属性和add()方法。类的定义中,属性和方法后面的感叹号是非空断言,告诉 TypeScript 它们都是非空的,后面会赋值。

JavaScript 的类本质上是一个构造函数,因此也可以把泛型类写成构造函数。

typescript
type MyClass<T> = new (...args: any[]) => T;

// 或者
interface MyClass<T> {
  new(...args: any[]): T;
}

// 用法实例
function createInstance<T>(
  AnyClass: MyClass<T>,
  ...args: any[]
):T {
  return new AnyClass(...args);
}

上面示例中,函数createInstance()的第一个参数AnyClass是构造函数(也可以是一个类),它的类型是MyClass<T>,这里的TcreateInstance()的类型参数,在该函数调用时再指定具体类型。

注意,泛型类描述的是类的实例,不包括静态属性和静态方法,因为这两者定义在类的本身。因此,它们不能引用类型参数。

typescript
class C<T> {
  static data: T;  // 报错
  constructor(public value:T) {}
}

上面示例中,静态属性data引用了类型参数T,这是不可以的,因为类型参数只能用于实例属性和实例方法,所以报错了。

类型别名的泛型写法

type 命令定义的类型别名,也可以使用泛型。

typescript
type Nullable<T> = T | undefined | null;

上面示例中,Nullable<T>是一个泛型,只要传入一个类型,就可以得到这个类型与undefinednull的一个联合类型。

下面是另一个例子。

typescript
type Container<T> = { value: T };

const a: Container<number> = { value: 0 };
const b: Container<string> = { value: 'b' };

下面是定义树形结构的例子。

typescript
type Tree<T> = {
  value: T;
  left: Tree<T> | null;
  right: Tree<T> | null;
};

上面示例中,类型别名Tree内部递归引用了Tree自身。

类型参数的默认值

类型参数可以设置默认值。使用时,如果没有给出类型参数的值,就会使用默认值。

typescript
function getFirst<T = string>(
  arr:T[]
):T {
  return arr[0];
}

上面示例中,T = string表示类型参数的默认值是string。调用getFirst()时,如果不给出T的值,TypeScript 就认为T等于string

但是,因为 TypeScript 会从实际参数推断出T的值,从而覆盖掉默认值,所以下面的代码不会报错。

typescript
getFirst([1, 2, 3]) // 正确

上面示例中,实际参数是[1, 2, 3],TypeScript 推断 T 等于number,从而覆盖掉默认值string

类型参数的默认值,往往用在类中。

typescript
class Generic<T = string> {
  list:T[] = []

  add(t:T) {
    this.list.push(t)
  }
}

上面示例中,类Generic有一个类型参数T,默认值为string。这意味着,属性list默认是一个字符串数组,方法add()的默认参数是一个字符串。

typescript
const g = new Generic();

g.add(4) // 报错
g.add('hello') // 正确

上面示例中,新建Generic的实例g时,没有给出类型参数T的值,所以T就等于string。因此,向add()方法传入一个数值会报错,传入字符串就不会。

typescript
const g = new Generic<number>();

g.add(4) // 正确
g.add('hello') // 报错

上面示例中,新建实例g时,给出了类型参数T的值是number,因此add()方法传入数值不会报错,传入字符串会报错。

一旦类型参数有默认值,就表示它是可选参数。如果有多个类型参数,可选参数必须在必选参数之后。

typescript
<T = boolean, U> // 错误

<T, U = boolean> // 正确

上面示例中,依次有两个类型参数TU。如果T是可选参数,U不是,就会报错。

数组的泛型表示

《数组》一章提到过,数组类型有一种表示方法是Array<T>。这就是泛型的写法,Array是 TypeScript 原生的一个类型接口,T是它的类型参数。声明数组时,需要提供T的值。

typescript
let arr:Array<number> = [1, 2, 3];

上面的示例中,Array<number>就是一个泛型,类型参数的值是number,表示该数组的全部成员都是数值。

同样的,如果数组成员都是字符串,那么类型就写成Array<string>。事实上,在 TypeScript 内部,数组类型的另一种写法number[]string[],只是Array<number>Array<string>的简写形式。

在 TypeScript 内部,Array是一个泛型接口,类型定义基本是下面的样子。

typescript
interface Array<Type> {

  length: number;

  pop(): Type|undefined;

  push(...items:Type[]): number;

  // ...
}

上面代码中,push()方法的参数item的类型是Type[],跟Array()的参数类型Type保持一致,表示只能添加同类型的成员。调用push()的时候,TypeScript 就会检查两者是否一致。

其他的 TypeScript 内部数据结构,比如MapSetPromise,其实也是泛型接口,完整的写法是Map<K, V>Set<T>Promise<T>

TypeScript 默认还提供一个ReadonlyArray<T>接口,表示只读数组。

typescript
function doStuff(
  values:ReadonlyArray<string>
) {
  values.push('hello!');  // 报错
}

上面示例中,参数values的类型是ReadonlyArray<string>,表示不能修改这个数组,所以函数体内部新增数组成员就会报错。因此,如果不希望函数内部改动参数数组,就可以将该参数数组声明为ReadonlyArray<T>类型。

类型参数的约束条件

很多类型参数并不是无限制的,对于传入的类型存在约束条件。

typescript
function comp<Type>(a:Type, b:Type) {
  if (a.length >= b.length) {
    return a;
  }
  return b;
}

上面示例中,类型参数 Type 有一个隐藏的约束条件:它必须存在length属性。如果不满足这个条件,就会报错。

TypeScript 提供了一种语法,允许在类型参数上面写明约束条件,如果不满足条件,编译时就会报错。这样也可以有良好的语义,对类型参数进行说明。

typescript
function comp<T extends { length: number }>(
  a: T,
  b: T
) {
  if (a.length >= b.length) {
    return a;
  }
  return b;
}

上面示例中,T extends { length: number }就是约束条件,表示类型参数 T 必须满足{ length: number },否则就会报错。

typescript
comp([1, 2], [1, 2, 3]) // 正确
comp('ab', 'abc') // 正确
comp(1, 2) // 报错

上面示例中,只要传入的参数类型不满足约束条件,就会报错。

类型参数的约束条件采用下面的形式。

typescript
<TypeParameter extends ConstraintType>

上面语法中,TypeParameter表示类型参数,extends是关键字,这是必须的,ConstraintType表示类型参数要满足的条件,即类型参数应该是ConstraintType的子类型。

类型参数可以同时设置约束条件和默认值,前提是默认值必须满足约束条件。

typescript
type Fn<A extends string, B extends string = 'world'>
  =  [A, B];

type Result = Fn<'hello'> // ["hello", "world"]

上面示例中,类型参数AB都有约束条件,并且B还有默认值。所以,调用Fn的时候,可以只给出A的值,不给出B的值。

另外,上例也可以看出,泛型本质上是一个类型函数,通过输入参数,获得结果,两者是一一对应关系。

如果有多个类型参数,一个类型参数的约束条件,可以引用其他参数。

typescript
<T, U extends T>
// 或者
<T extends U, U>

上面示例中,U的约束条件引用T,或者T的约束条件引用U,都是正确的。

但是,约束条件不能引用类型参数自身。

typescript
<T extends T>               // 报错
<T extends U, U extends T>  // 报错

上面示例中,T的约束条件不能是T自身。同理,多个类型参数也不能互相约束(即T的约束条件是UU的约束条件是T),因为互相约束就意味着约束条件就是类型参数自身。

使用注意点

泛型有一些使用注意点。

(1)尽量少用泛型。

泛型虽然灵活,但是会加大代码的复杂性,使其变得难读难写。一般来说,只要使用了泛型,类型声明通常都不太易读,容易写得很复杂。因此,可以不用泛型就不要用。

(2)类型参数越少越好。

多一个类型参数,多一道替换步骤,加大复杂性。因此,类型参数越少越好。

typescript
function filter<
  T,
  Fn extends (arg:T) => boolean
>(
  arr:T[],
  func:Fn
): T[] {
  return arr.filter(func);
}

上面示例有两个类型参数,但是第二个类型参数Fn是不必要的,完全可以直接写在函数参数的类型声明里面。

typescript
function filter<T>(
  arr:T[],
  func:(arg:T) => boolean
): T[] {
  return arr.filter(func);
}

上面示例中,类型参数简化成了一个,效果与前一个示例是一样的。

(3)类型参数需要出现两次。

如果类型参数在定义后只出现一次,那么很可能是不必要的。

typescript
function greet<Str extends string>(
  s:Str
) {
  console.log('Hello, ' + s);
}

上面示例中,类型参数Str只在函数声明中出现一次(除了它的定义部分),这往往表明这个类型参数是不必要。

typescript
function greet(s:string) {
  console.log('Hello, ' + s);
}

上面示例把前面的类型参数省略了,效果与前一个示例是一样的。

也就是说,只有当类型参数用到两次或两次以上,才是泛型的适用场合。

(4)泛型可以嵌套。

类型参数可以是另一个泛型。

typescript
type OrNull<Type> = Type|null;

type OneOrMany<Type> = Type|Type[];

type OneOrManyOrNull<Type> = OrNull<OneOrMany<Type>>;

上面示例中,最后一行的泛型OrNull的类型参数,就是另一个泛型OneOrMany