12. 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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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

上面示例中，两个参数arr1、arr2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。

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。

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。

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T和U。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。

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。

// 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。

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。

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。

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。

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

下面是继承泛型类的例子。

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。

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。

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，然后再定义实例的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。

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T是createInstance()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。

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。

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undefined和null的一个联合类型。

下面是另一个例子。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

<T = boolean, U> // 错误

<T, U = boolean> // 正确

上面示例中，依次有两个类型参数T和U。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。

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。

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Map、Set和Promise，其实也是泛型接口，完整的写法是Map<K, V>、Set<T>和Promise<T>。

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

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。

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。

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。

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。

<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。

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A和B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。

<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。

<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U、U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。

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。

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。

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。

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。

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。