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介绍

软件工程中我们不仅要创建一致的定义良好的API同时也要考虑可重用性。 组件不仅能够支持当前的数据类型,同时也能支持未来的数据类型,这在创建大型系统时为你提供了十分灵活的功能。

在像C#和Java这样的语言中可以使用泛型来创建可重用的组件,一个组件可以支持多种类型的数据。 这样用户就可以以自己的数据类型来使用组件。

泛型之Hello World

下面来创建第一个使用泛型的例子identity函数。 这个函数会返回任何传入它的值。 你可以把这个函数当成是echo命令。

不用泛型的话,这个函数可能是下面这样:

function identity(arg: number): number {
    return arg;
}

或者,我们使用any类型来定义函数:

function identity(arg: any): any {
    return arg;
}

使用any类型会导致这个函数可以接收任何类型的arg参数,这样就丢失了一些信息:传入的类型与返回的类型应该是相同的。 如果我们传入一个数字,我们只知道任何类型的值都有可能被返回。

因此,我们需要一种方法使返回值的类型与传入参数的类型是相同的。 这里,我们使用了类型变量,它是一种特殊的变量,只用于表示类型而不是值。

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

我们给identity添加了类型变量TT帮助我们捕获用户传入的类型(比如:number),之后我们就可以使用这个类型。 之后我们再次使用了T当做返回值类型。现在我们可以知道参数类型与返回值类型是相同的了。 这允许我们跟踪函数里使用的类型的信息。

我们把这个版本的identity函数叫做泛型,因为它可以适用于多个类型。 不同于使用any,它不会丢失信息,像第一个例子那像保持准确性,传入数值类型并返回数值类型。

我们定义了泛型函数后,可以用两种方法使用。 第一种是,传入所有的参数,包含类型参数:

let output = identity<string>("myString");  // type of output will be 'string'

这里我们明确的指定了Tstring类型,并做为一个参数传给函数,使用了<>括起来而不是()

第二种方法更普遍。利用了类型推论 -- 即编译器会根据传入的参数自动地帮助我们确定T的类型

let output = identity("myString");  // type of output will be 'string'

注意我们没必要使用尖括号(<>)来明确地传入类型;编译器可以查看myString的值,然后把T设置为它的类型。 类型推论帮助我们保持代码精简和高可读性。如果编译器不能够自动地推断出类型的话只能像上面那样明确的传入T的类型在一些复杂的情况下这是可能出现的。

使用泛型变量

使用泛型创建像identity这样的泛型函数时,编译器要求你在函数体必须正确的使用这个通用的类型。 换句话说,你必须把这些参数当做是任意或所有类型。

看下之前identity例子:

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

如果我们想同时打印出arg的长度。 我们很可能会这样做:

function loggingIdentity<T>(arg: T): T {
    console.log(arg.length);  // Error: T doesn't have .length
    return arg;
}

如果这么做,编译器会报错说我们使用了arg.length属性,但是没有地方指明arg具有这个属性。 记住,这些类型变量代表的是任意类型,所以使用这个函数的人可能传入的是个数字,而数字是没有.length属性的。

现在假设我们想操作T类型的数组而不直接是T。由于我们操作的是数组,所以.length属性是应该存在的。 我们可以像创建其它数组一样创建这个数组:

function loggingIdentity<T>(arg: T[]): T[] {
    console.log(arg.length);  // Array has a .length, so no more error
    return arg;
}

你可以这样理解loggingIdentity的类型:泛型函数loggingIdentity,接收类型参数T和参数arg,它是个元素类型是T的数组,并返回元素类型是T的数组。 如果我们传入数字数组,将返回一个数字数组,因为此时T的的类型为number。 这可以让我们把泛型变量T当做类型的一部分使用而不是整个类型增加了灵活性。

我们也可以这样实现上面的例子:

function loggingIdentity<T>(arg: Array<T>): Array<T> {
    console.log(arg.length);  // Array has a .length, so no more error
    return arg;
}

使用过其它语言的话,你可能对这种语法已经很熟悉了。 在下一节,会介绍如何创建自定义泛型像Array<T>一样。

泛型类型

上一节我们创建了identity通用函数可以适用于不同的类型。 在这节,我们研究一下函数本身的类型,以及如何创建泛型接口。

泛型函数的类型与非泛型函数的类型没什么不同,只是有一个类型参数在最前面,像函数声明一样:

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

let myIdentity: <T>(arg: T) => T = identity;

我们也可以使用不同的泛型参数名,只要在数量上和使用方式上能对应上就可以。

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

let myIdentity: <U>(arg: U) => U = identity;

我们还可以使用带有调用签名的对象字面量来定义泛型函数:

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

let myIdentity: {<T>(arg: T): T} = identity;

这引导我们去写第一个泛型接口了。 我们把上面例子里的对象字面量拿出来做为一个接口:

interface GenericIdentityFn {
    <T>(arg: T): T;
}

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

let myIdentity: GenericIdentityFn = identity;

一个相似的例子,我们可能想把泛型参数当作整个接口的一个参数。 这样我们就能清楚的知道使用的具体是哪个泛型类型(比如:Dictionary<string>而不只是Dictionary)。 这样接口里的其它成员也能知道这个参数的类型了。

interface GenericIdentityFn<T> {
    (arg: T): T;
}

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

let myIdentity: GenericIdentityFn<number> = identity;

注意,我们的示例做了少许改动。 不再描述泛型函数,而是把非泛型函数签名作为泛型类型一部分。 当我们使用GenericIdentityFn的时候,还得传入一个类型参数来指定泛型类型(这里是:number),锁定了之后代码里使用的类型。 对于描述哪部分类型属于泛型部分来说,理解何时把参数放在调用签名里和何时放在接口上是很有帮助的。

除了泛型接口,我们还可以创建泛型类。 注意,无法创建泛型枚举和泛型命名空间。

泛型类

泛型类看上去与泛型接口差不多。 泛型类使用(<>)括起泛型类型,跟在类名后面。

class GenericNumber<T> {
    zeroValue: T;
    add: (x: T, y: T) => T;
}

let myGenericNumber = new GenericNumber<number>();
myGenericNumber.zeroValue = 0;
myGenericNumber.add = function(x, y) { return x + y; };

GenericNumber类的使用是十分直观的,并且你可能已经注意到了,没有什么去限制它只能使用number类型。 也可以使用字符串或其它更复杂的类型。

let stringNumeric = new GenericNumber<string>();
stringNumeric.zeroValue = "";
stringNumeric.add = function(x, y) { return x + y; };

console.log(stringNumeric.add(stringNumeric.zeroValue, "test"));

与接口一样,直接把泛型类型放在类后面,可以帮助我们确认类的所有属性都在使用相同的类型。

我们在那节说过,类有两部分:静态部分和实例部分。 泛型类指的是实例部分的类型,所以类的静态属性不能使用这个泛型类型。

泛型约束

你应该会记得之前的一个例子,我们有时候想操作某类型的一组值,并且我们知道这组值具有什么样的属性。 在loggingIdentity例子中,我们想访问arglength属性,但是编译器并不能证明每种类型都有length属性,所以就报错了。

function loggingIdentity<T>(arg: T): T {
    console.log(arg.length);  // Error: T doesn't have .length
    return arg;
}

相比于操作any所有类型我们想要限制函数去处理任意带有.length属性的所有类型。 只要传入的类型有这个属性,我们就允许,就是说至少包含这一属性。 为此我们需要列出对于T的约束要求。

为此,我们定义一个接口来描述约束条件。 创建一个包含.length属性的接口,使用这个接口和extends关键字来实现约束:

interface Lengthwise {
    length: number;
}

function loggingIdentity<T extends Lengthwise>(arg: T): T {
    console.log(arg.length);  // Now we know it has a .length property, so no more error
    return arg;
}

现在这个泛型函数被定义了约束,因此它不再是适用于任意类型:

loggingIdentity(3);  // Error, number doesn't have a .length property

我们需要传入符合约束类型的值,必须包含必须的属性:

loggingIdentity({length: 10, value: 3});

在泛型约束中使用类型参数

你可以声明一个类型参数,且它被另一个类型参数所约束。 比如,现在我们想要用属性名从对象里获取这个属性。 并且我们想要确保这个属性存在于对象obj上,因此我们需要在这两个类型之间使用约束。

function getProperty<T, K extends keyof T>(obj: T, key: K) {
    return obj[key];
}

let x = { a: 1, b: 2, c: 3, d: 4 };

getProperty(x, "a"); // okay
getProperty(x, "m"); // error: Argument of type 'm' isn't assignable to 'a' | 'b' | 'c' | 'd'.

在泛型里使用类类型

在TypeScript使用泛型创建工厂函数时需要引用构造函数的类类型。比如

function create<T>(c: {new(): T; }): T {
    return new c();
}

一个更高级的例子,使用原型属性推断并约束构造函数与类实例的关系。

class BeeKeeper {
    hasMask: boolean;
}

class ZooKeeper {
    nametag: string;
}

class Animal {
    numLegs: number;
}

class Bee extends Animal {
    keeper: BeeKeeper;
}

class Lion extends Animal {
    keeper: ZooKeeper;
}

function createInstance<A extends Animal>(c: new () => A): A {
    return new c();
}

createInstance(Lion).keeper.nametag;  // typechecks!
createInstance(Bee).keeper.hasMask;   // typechecks!