在 TS 中如何实现类型保护？类型谓词了解一下

一、联合类型

在 TypeScript 中，一个变量不会被限制为单一的类型。如果你希望一个变量的值，可以有多种类型，那么就可以使用 TypeScript 提供的联合类型。下面我们来举一个联合类型的例子：

let stringOrBoolean: string | boolean = "Semlinker";

interface Cat {
  numberOfLives: number;
}

interface Dog {
  isAGoodBoy: boolean;
}

let animal: Cat | Dog;

当我们使用联合类型时，我们必须尽量把当前值的类型收窄为当前值的实际类型，而类型保护就是实现类型收窄的一种手段。

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二、类型保护

A type guard is some expression that performs a runtime check that guarantees the type in some scope. —— TypeScript 官方文档

类型保护是可执行运行时检查的一种表达式，用于确保该类型在一定的范围内。换句话说，类型保护可以保证一个字符串是一个字符串，尽管它的值也可以是一个数值。类型保护与特性检测并不是完全不同，其主要思想是尝试检测属性、方法或原型，以确定如何处理值。目前主要有四种的方式来实现类型保护：

1. in 关键字

interface Admin {
  name: string;
  privileges: string[];
}

interface Employee {
  name: string;
  startDate: Date;
}

type UnknownEmployee = Employee | Admin;

function printEmployeeInformation(emp: UnknownEmployee) {
  console.log("Name: " + emp.name);
  if ("privileges" in emp) {
    console.log("Privileges: " + emp.privileges);
  }
  if ("startDate" in emp) {
    console.log("Start Date: " + emp.startDate);
  }
}

2. typeof 关键字

function padLeft(value: string, padding: string | number) {
  if (typeof padding === "number") {
      return Array(padding + 1).join(" ") + value;
  }
  if (typeof padding === "string") {
      return padding + value;
  }
  throw new Error(`Expected string or number, got '${padding}'.`);
}

typeof 类型保护只支持两种形式：typeof v === "typename" 和 typeof v !== typename，"typename" 必须是 "number"， "string"， "boolean" 或 "symbol"。 但是 TypeScript 并不会阻止你与其它字符串比较，语言不会把那些表达式识别为类型保护。

3. instanceof 关键字

interface Padder {
  getPaddingString(): string;
}

class SpaceRepeatingPadder implements Padder {
  constructor(private numSpaces: number) {}
  getPaddingString() {
    return Array(this.numSpaces + 1).join(" ");
  }
}

class StringPadder implements Padder {
  constructor(private value: string) {}
  getPaddingString() {
    return this.value;
  }
}

let padder: Padder = new SpaceRepeatingPadder(6);

if (padder instanceof SpaceRepeatingPadder) {
  // padder的类型收窄为 'SpaceRepeatingPadder'
}

4. 自定义类型保护的类型谓词（type predicate）

function isNumber(x: any): x is number {
  return typeof x === "number";
}

function isString(x: any): x is string {
  return typeof x === "string";
}

相信除了类型谓词外，大家对其它三种方式都很熟悉了，下面我们来着重介绍一下类型谓词。

三、类型谓词

在开始介绍类型谓词前，我们先来看一个示例：

interface Vehicle {
  move: (distance: number) => void;
}

class Car implements Vehicle {
  move = (distance: number) => {
    // Move car…
  };

  turnSteeringWheel = (direction: string) => {
    // Turn wheel…
  };
}

class VehicleController {
  vehicle: Vehicle;
  constructor(vehicle: Vehicle) {
    this.vehicle = vehicle;
  }
}

const car = new Car();
const vehicleController = new VehicleController(car);

const { vehicle } = vehicleController;
vehicle.turnSteeringWheel('left');

尽管你知道汽车是一辆车，但 VehicleController 已经把它简化为一辆基本的汽车。因为 Vehicle 并没有 turnSteeringWheel 属性，所以对于以上代码，TypeScript 编译器会提示以下错误信息：

Property 'turnSteeringWheel' does not exist on type 'Vehicle'.

对于这个问题，我们可以利用 instanceof 关键字来确保当前的对象是 Car 汽车类的实例：

if(vehicle instanceof Car) {
   vehicle.turnSteeringWheel('left');
}

但该方案有一定的限制，即它只对类有效。当判断的对象不是某个类的实例时就无效了，比如：

const anotherCar = {
  move: (distance: number) => null,
  turnSteeringWheel: (direction: string) => null
}; 

const anotherVehicleController = new VehicleController(anotherCar);
const { vehicle } = anotherVehicleController;

if (vehicle instanceof Car) {
  vehicle.turnSteeringWheel('left');
  console.log("这是一辆车");
} else {
  console.log("这不是一辆车");
}

尽管 anotherCar 跟前面已经定义的 car 拥有相同的形状，但它并不是 Car 汽车类的实例，因此在这种情况下，vehicle instanceof Car 表达式返回的结果为 false。所以以上代码的输出结果是："这不是一辆车"。

尽管 typeof 和 instanceof 这两个关键字在很多情况下可以满足类型保护的需求，但在函数式编程的领域它们的功能就受限了。那么我们应该如何检查任何对象的类型的？幸运的是，你可以创建自定义类型保护。

3.1 自定义类型保护

下面我们继续以车辆和汽车的例子为例，来创建一个自定义类型保护函数 —— isCar，它的具体实现如下：

function isCar(vehicle: any): vehicle is Car {
  return (vehicle as Car).turnSteeringWheel !== undefined;
}

你可以传递任何值给 isCar 函数，用来判断它是不是一辆车。isCar 函数与普通函数的最大区别是，该函数的返回类型是 vehicle is Car，这就是我们前面所说的 "类型谓词"。

在 isCar 函数的方法体中，我们不仅要检查 vehicle 变量是否含有 turnSteeringWheel 属性，而且还要告诉 TS 编译器，如果上述逻辑语句的返回结果是 true，那么当前判断的 vehicle 变量值的类型是 Car 类型。

现在让我们来重构一下前面的条件语句：

// vehicle instanceof Car -> isCar(anotherCar)
if (isCar(anotherCar)) {
  anotherCar.turnSteeringWheel('left');
  console.log("这是一辆车");
} else {
  console.log("这不是一辆车");
}

在重构完成后，我们再次运行代码，这时控制台会输出 "这是一辆车"。好了，现在问题已经解决了。接下来让我们来总结一下自定义类型保护有什么用？

3.2 自定义类型保护有什么用

自定义类型保护的主要特点是：

• 返回类型谓词，如 vehicle is Car；
• 包含可以准确确定给定变量类型的逻辑语句，如 (vehicle as Car).turnSteeringWheel !== undefined。

对于基本数据类型来说，我们也可以自定义类型保护来保证类型安全，比如：

const isNumber = (variableToCheck: any): variableToCheck is number =>
  (variableToCheck as number).toExponential !== undefined;

const isString = (variableToCheck: any): variableToCheck is string =>
  (variableToCheck as string).toLowerCase !== undefined;

如果你要检查的类型很多，那么为每种类型创建和维护唯一的类型保护可能会变得很繁琐。针对这个问题，我们可以利用 TypeScript 的另一个特性 —— 泛型，来解决复用问题：

function isOfType<T>(
  varToBeChecked: any,
  propertyToCheckFor: keyof T
): varToBeChecked is T {
  return (varToBeChecked as T)[propertyToCheckFor] !== undefined;
}

在以上代码中，我们定义了一个通用的类型保护函数，你可以在需要的时候使用它来缩窄类型。以前面自定义类型保护的例子来说，我们就可以按照以下方式来使用 isOfType 通用的类型保护函数：

// isCar(anotherCar) -> isOfType<Car>(vehicle, 'turnSteeringWheel')
if (isOfType<Car>(vehicle, 'turnSteeringWheel')) {
  anotherCar.turnSteeringWheel('left');
  console.log("这是一辆车");
} else {
  console.log("这不是一辆车");
}

有了 isOfType 通用的类型保护函数之后，你不必再为每个要检查的类型编写唯一的类型保护函数。而且在实际的开发过程中，只要我们合理的使用类型保护函数，就可以让我们的代码在运行时能够保证类型安全。

四、参考资源

• aha-understanding-typescript-s-type-predicates
• how-to-use-typescript-type-guards

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