TypeScript中高级应用与最佳实践

原文：TypeScript中高级应用与最佳实践 | AlloyTeam
作者：TAT.haoyue

当我们讨论TypeScript时，我们在讨论什么？

TypeScript的定位

JavaScript的超集
编译期行为
不引入额外开销
不改变运行时行为
始终与 ESMAScript 语言标准一致 (stage 3语法)

TypeScript中的Decorator较为特殊，为Angular团队和TypeScript团队交易的结果，有兴趣可自行搜索相关资料。而且近期EcmaScript规范中的decorator提案内容发生了剧烈变动，建议等此语法标准完全稳定后再在生产项目中使用。

本文只讨论图中蓝色部分。

类型的本质是契约

JSDoc 也能标注类型，为什么要用 TypeScript？

JSDoc只是注释，其标注没有约束作用
TS有—checkJs选项，但不好用

TS会自动推断函数返回值类型，为什么要多此一举标注出来？

契约高于实现
检查返回值是否写错
写return时获得提醒

开始之前

几组VSCode快捷键

代码补全 control + 空格 ctrl + 空格
快速修复 command + . ctrl + .
重构（重命名）fn + f2 f2

一个网站

TypeScript Playground

初始化项目

自行配置

"compilerOptions": {
    "esModuleInterop": true,
    "allowSyntheticDefaultImports": true,
    "noImplicitAny": true,
    "strictNullChecks": true,
    "noImplicitThis": true,
    "moduleResolution": "node"
}

react项目运行create-react-app ${项目名} —scripts-version=react-scripts-ts

小试牛刀

& 和 | 操作符

虽然在写法上，这两个操作符与位运算逻辑操作符相同。但在语义上，它们与位运算刚好相反。

位运算的表现：

1001 | 1010 = 1011    // 合并1
1001 & 1010 = 1000    // 只保留共有1

在TypeScript中的表现：

interface IA {
    a: string
    b: number
}

type TB = {
    b: number
    c: number[]
}

type TC = IA | TB;    // TC类型的变量的键只需包含ab或bc即可，当然也可以abc都有
type TD = IA & TB;    // TD类型的变量的键必需包含abc

对于这种表现，可以这样理解：&表示必须同时满足多个契约，|表示满足任意一个契约即可。

interface 和 type 关键字

interface 和 type 两个关键字因为其功能比较接近，常常引起新手的疑问：应该在什么时候用type，什么时候用interface？
interface 的特点如下：

同名interface自动聚合，也可以和已有的同名class聚合，适合做polyfill
自身只能表示object/class/function的类型

建议库的开发者所提供的公共api应该尽量用interface/class，方便使用者自行扩展。举个例子，我之前在给腾讯云 Cloud Studio 在线编辑器开发插件时，因为查阅到的 monaco 文档是0.15.5版本（当时的最新版本）的，而 Cloud Studio 使用的monaco版本为0.14.3，缺失了一些我需要的API，所以需要手动polyfill一下。

/**
 * Cloud Studio使用的monaco版本较老0.14.3，和官方文档相比缺失部分功能
 * 另外vscode有一些特有的功能，必须适配
 * 故在这里手动实现作为补充
 */
declare module monaco {
  interface Position {
    delta(deltaLineNumber?: number, deltaColumn?: number): Position
  }
}

// monaco 0.15.5
monaco.Position.prototype.delta = function (this: monaco.Position, deltaLineNumber = 0, deltaColumn = 0) {
  return new monaco.Position(this.lineNumber + deltaLineNumber, this.column + deltaColumn);
}

与interface相比，type的特点如下：

表达功能更强大，不局限于object/class/function
要扩展已有type需要创建新type，不可以重名
支持更复杂的类型操作

type Tuple = [number, string];
const a: Tuple = [2, 'sir'];
type Size = 'small' | 'default' | 'big' | number;
const b: Size = 24;

基本上所有用interface表达的类型都有其等价的type表达。但我在实践的过程中，也发现了一种类型只能用interface表达，无法用type表达，那就是往函数上挂载属性。

interface FuncWithAttachment {
    (param: string): boolean;
    someProperty: number;
}

const testFunc: FuncWithAttachment = ...;
const result = testFunc('mike');    // 有类型提醒
testFunc.someProperty = 3;    // 有类型提醒

extends 关键字

extends本意为“拓展”，也有人称其为“继承”。在TypeScript中，extends既可当作一个动词来扩展已有类型；也可当作一个形容词来对类型进行条件限定（例如用在泛型中）。在扩展已有类型时，不可以进行类型冲突的覆盖操作。例如，基类型中键a为string，在扩展出的类型中无法将其改为number。

type A = {
    a: number
}

interface AB extends A {
    b: string
}
// 与上一种等价
type TAB = A & {
    b: string
}

泛型

在前文我们已经看到类型实际上可以进行一定的运算，要想写出的类型适用范围更广，不妨让它像函数一样可以接受参数。TS的泛型便是起到这样的作用，你可以把它当作类型的参数。它和函数参数一样，可以有默认值。除此之外，还可以用extends对参数本身需要满足的条件进行限制。

在定义一个函数、type、interface、class时，在名称后面加上<>表示即接受类型参数。而在实际调用时，不一定需要手动传入类型参数，TS往往能自行推断出来。在TS推断不准时，再手动传入参数来纠正。

// 定义
class React.Component<P = {}, S = {}, SS = any> { ... }
interface IShowConfig<P extends IShowProps> { ... }
// 调用
class Modal extends React.Component<IModalProps, IModalState> { ... }

条件类型

除了与、或等基本逻辑，TS的类型也支持条件运算，其语法与三目运算符相同，为T extends U ? X : Y 。这里先举一个简单的例子。在后文中我们会看到很多复杂类型的实现都需要借助条件类型。

type IsEqualType<A, B> = A extends B ? (B extends A ? true : false) : false;
type NumberEqualsToString = IsEqualType<number, string>;   // false
type NumberEqualsToNumber = IsEqualType<number, number>;    // true

环境 Ambient Modules

在实际应用开发时有一种场景，当前作用域下可以访问某个变量，但这个变量并不由开发者控制。例如通过Script标签直接引入的第三方库CDN、一些宿主环境的API等。这个时候可以利用TS的环境声明功能，来告诉TS当前作用域可以访问这些变量，以获得类型提醒。

具体有两种方式，declare和三斜线指令。

declare const IS_MOBILE = true;    // 编译后此行消失
const wording = IS_MOBILE ? '移动端' : 'PC端';

用三斜线指令可以一次性引入整个类型声明文件。

/// <reference path="../typings/monaco.d.ts" />
const range = new monaco.Range(2, 3, 6, 7);

深入类型系统

基本类型

基本类型，也可以理解为原子类型。包括number、boolean、string、null、undefined、function、array、字面量（true，false，1，2，‘a’）等。它们无法再细分。

复合类型

TypeScript的复合类型可以分为两类：set 和 map。set是指一个无序的、无重复元素的集合。而map则和JS中的对象一样，是一些没有重复键的键值对。

// set
type Size = 'small' | 'default' | 'big' | 'large';
// map
interface IA {
    a: string
    b: number
}

复合类型间的转换

// map => set
type IAKeys = keyof IA;    // 'a' | 'b'
type IAValues = IA[keyof IA];    // string | number

// set => map
type SizeMap = {
    [k in Size]: number
}
// 等价于
type SizeMap2 = {
    small: number
    default: number
    big: number
    large: number
}

map上的操作

// 索引取值
type SubA = IA['a'];    // string    

// 属性修饰符
type Person = {
    age: number
    readonly name: string    // 只读属性，初始化时必须赋值
    nickname?: string    // 可选属性，相当于 | undefined
}

映射类型和同态变换

在TypeScript中，有以下几种常见的映射类型。它们的共同点是只接受一个传入类型，生成的类型中key都来自于keyof传入的类型，value都是传入类型的value的变种。

type Partial<T> = { [P in keyof T]?: T[P] }    // 将一个map所有属性变为可选的
type Required<T> = { [P in keyof T]-?: T[P] }    // 将一个map所有属性变为必选的
type Readonly<T> = { readonly [P in keyof T]: T[P] }    // 将一个map所有属性变为只读的
type Mutable<T> = { -readonly [P in keyof T]: T[P] }    // ts标准库未包含，将一个map所有属性变为可写的

此类变换，在TS中被称为同态变换。在进行同态变换时，TS会先复制一遍传入参数的属性修饰符，再应用定义的变换。

interface Fruit {
    readonly name: string
    size: number
}
type PF = Partial<Fruit>;    // PF.name既只读又可选，PF.size只可选

其他常用工具类型

由set生成map

type Record<K extends keyof any, T> = { [P in K]: T };

type Size = 'small' | 'default' | 'big';
/*
{
    small: number
    default: number
    big: number
}
 */
type SizeMap = Record<Size, number>;

保留map的一部分

type Pick<T, K extends keyof T> = { [P in K]: T[P] };
/*
{
    default: number
    big: number
}
 */
type BiggerSizeMap = Pick<SizeMap, 'default' | 'big'>;

删除map的一部分

type Omit<T, K> = Pick<T, Exclude<keyof T, K>>;
/*
{
    default: number
}
 */
type DefaultSizeMap = Omit<BiggerSizeMap, 'big'>;

保留set的一部分

type Extract<T, U> = T extends U ? T : never;

type Result = 1 | 2 | 3 | 'error' | 'success';
type StringResult = Extract<Result, string>;    // 'error' | 'success

删除set的一部分

type Exclude<T, U> = T extends U ? never : T;
type NumericResult = Exclude<Result, string>;    // 1 | 2 | 3

获取函数返回值的类型。但要注意不要滥用这个工具类型，应该尽量多手动标注函数返回值类型。理由开篇时提过，契约高于实现。用ReturnType是由实现反推契约，而实现往往容易变且容易出错，契约则相对稳定。另一方面，ReturnType过多也会降低代码可读性。

type ReturnType<T> = T extends (...args: any[]) => infer R ?  R : any;

function f() { return { a: 3, b: 2}; }
/*
{
    a: number
    b: number
}
 */
type FReturn = ReturnType<f>;

以上这些工具类型都已经包含在了TS标准库中，在应用中直接输入名字进行使用即可。另外，在这些工具类型的实现中，出现了infer、never、typeof等关键字，在后文我会详细解释它们的作用。

类型的递归

TS原生的Readonly只会限制一层写入操作，我们可以利用递归来实现深层次的Readonly。但要注意，TS对最大递归层数做了限制，最多递归5层。

type DeepReadony<T> = {
    readonly [P in keyof T]: DeepReadony<T[P]>
}

interface SomeObject {
  a: {
    b: {
      c: number;
    };
  };
}

const obj: Readonly<SomeObject> = { a: { b: { c: 2 } } };
obj.a.b.c = 3;    // TS不会报错

const obj2: DeepReadony<SomeObject> = { a: { b: { c: 2 } } };
obj2.a.b.c = 3;    // Cannot assign to 'c' because it is a read-only property.

never infer typeof 关键字

never 是 | 运算的幺元，即 x | never = x。例如之前的Exclude<Result, string>运算过程如下：

infer 的作用是让TypeScript自己推断，并将推断的结果存储到一个临时名字中，并且只能用于extends语句中。它与泛型的区别在于，泛型是声明一个“参数”，而infer是声明一个“中间变量”。infer我用得比较少，这里借用一下官方的示例。

type Unpacked<T> =
    T extends (infer U)[] ? U :
    T extends (...args: any[]) => infer U ? U :
    T extends Promise<infer U> ? U :
    T;

type T0 = Unpacked<string>;  // string
type T1 = Unpacked<string[]>;  // string
type T2 = Unpacked<() => string>;  // string
type T3 = Unpacked<Promise<string>>;  // string
type T4 = Unpacked<Promise<string>[]>;  // Promise<string>
type T5 = Unpacked<Unpacked<Promise<string>[]>>;  // string

typeof 用于获取一个“常量”的类型，这里的“常量”是指任何可以在编译期确定的东西，例如const、function、class等。它是从 实际运行代码 通向 类型系统 的单行道。理论上，任何运行时的符号名想要为类型系统所用，都要加上 typeof。但是class 比较特殊不需要加，因为 ts 的 class 出现得比 js 早，现有的为兼容性解决方案。

在使用class时，class名表示实例类型，typeof class表示 class本身类型。没错，这个关键字和 js 的 typeof 关键字重名了 :)。

const config = { width: 2, height: 2 };
function getLength(str: string) { return str.length; }

type TConfig = typeof config;    // { width: number, height: number }
type TGetLength = typeof getLength;    // (str: string) => number

实战演练

我在项目中遇到这样一种场景，需要获取一个类型中所有value为指定类型的key。例如，已知某个React组件的props类型，我需要“知道”（编程意义上）哪些参数是function类型。

interface SomeProps {
    a: string
    b: number
    c: (e: MouseEvent) => void
    d: (e: TouchEvent) => void
}
// 如何得到 'c' | 'd' ？

分析一下这里的思路，我们需要从一个map得到一个set，而这个set是map的key的子集，筛选子集的条件是value的类型。要构造set的子集，需要用到never；要实现条件判断，需要用到extends；而要实现key到value的访问，则需要索引取值。经过一些尝试后，解决方案如下。

type GetKeyByValueType<T, Condition> = {
    [K in keyof T]: T[K] extends Condition ? K : never
} [keyof T];

type FunctionPropNames =  GetKeyByValueType<SomeProps, Function>;    // 'c' | 'd'

这里的运算过程如下：

// 开始
{
    a: string
    b: number
    c: (e: MouseEvent) => void
    d: (e: TouchEvent) => void
}
// 第一步，条件映射
{
    a: never
    b: never
    c: 'c'
    d: 'd'
}
// 第二步，索引取值
never | never | 'c' | 'd'
// never的性质
'c' | 'd'

编译提示 Compiler Hints

TypeScript只发生在编译期，因此我们可以在代码中加入一些符号，来给予编译器一些提示，使其按我们要求的方式运行。

类型转换

类型转换的语法为 <类型名> xxx 或 xxx as 类型名。推荐始终用as语法，因为第一种语法无法在tsx文件使用，而且容易和泛型混淆。一般只有这几种场景需要使用类型转换：自动推断不准；TS报错，想不出更好的类型编写方法，手动抄近路；临时“放飞自我”。

在使用类型转换时，应该遵守几个原则：

若要放松限制，只可放松到能运行的最严格类型上
如果不知道一个变量的精确类型，只标注到大概类型（例如any[]）也比any好
任何一段“放飞自我”（完全没有类型覆盖）区代码不应超过2行，应在出现第一个可以确定类型的变量时就补上标注

在编写TS程序时，我们的目标是让类型覆盖率无限接近 100%。

! 断言

!的作用是断言某个变量不会是null / undefined，告诉编译器停止报错。这里由用户确保断言的正确。它和刚刚进入EcmaScript语法提案stage 3的Optional Chaining特性不同。Optional Chaining特性可以保证访问的安全性，即使在undefined上访问某个键也不会抛出异常。而!只是消除编译器报错，不会对运行时行为造成任何影响。

// TypeScript
mightBeUndefined!.a = 2
// 编译为
mightBeUndefined.a = 2

// @ts-ignore

用于忽略下一行的报错，尽量少用。

其他

我为什么不提enum

enum在TS中出现的比较早，它引入了JavaScript没有的数据结构（编译成一个双向map），入侵了运行时，与TypeScript宗旨不符。用 string literal union（'small' | 'big' | 'large'）可以做到相同的事，且在debug时可读性更好。如果很在意条件比较的性能，应该用二进制flag加位运算。

// TypeScript
enum Size {
    small = 3,
    big,
    large
}
const a:Size = Size.large;    // 5

// 编译为
var Size;
(function (Size) {
    Size[Size["small"] = 3] = "small";
    Size[Size["big"] = 4] = "big";
    Size[Size["large"] = 5] = "large";
})(Size || (Size = {}));
const a = Size.large; // 5

写在最后

应该以什么心态来编写TypeScript

我们应该编写有类型系统的JavaScript，而不是能编译成JavaScript的Java/C#。任何一个TypeScript程序，在手动删去类型部分，将后缀改成 .js 后，都应能够正常运行。

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