泛型
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T
。 T
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T
是string
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
的.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。
我们在类那节说过,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arg
的length
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!