TypeScript 泛型的通俗解释

在 TypeScript 中我们会使用泛型来对函数的相关类型进行约束。这里的函数,同时包含 class 的构造函数,因此,一个类的声明部分,也可以使用泛型。那么,究竟什么是泛型?如果通俗的理解泛型呢?

什么是泛型

泛型(Generics)是指在定义函数、接口或类的时候,不预先指定具体的类型,而在使用的时候再指定类型的一种特性。

通俗的解释,泛型是类型系统中的“参数”,主要作用是为了类型的重用。从上面定义可以看出,它只会用在函数、接口和类中。它和 js 程序中的函数参数是两个层面的事物(虽然意义是相同的),因为 typescript 是静态类型系统,是在 js 进行编译时进行类型检查的系统,因此,泛型这种参数,实际上是在编译过程中的运行时使用。之所以称它为“参数”,是因为它具备和函数参数一模一样的特性。

function increse(param) {
  // ...
}

而类型系统中,我们如此使用泛型:

function increase<T>(param: T): T {
  //...
}

当 param 为一个类型时,T 被赋值为这个类型,在返回值中,T 即为该类型从而进行类型检查。

编译系统

要知道 typescript 本身的类型系统也需要编程,只不过它的编程方式很奇怪,你需要在它的程序代码中穿插 js 代码(在 ts 代码中穿插 js 代码这个说法很怪,因为我们直观的感觉是在 js 代码中夹杂了 ts 代码)。

编程中,最重要的一种形式就是函数。在 typescript 的类型编程中,你看到函数了吗?没有。这是因为,有泛型的地方就有函数,只是函数的形式被 js 代码给割裂了。typescript 需要进行编译后得到最终产物。编译过程中要做两件事,一是在内存中运行类型编程的代码,从而形成类型检查体系,也就是说,我们能够对 js 代码进行类型检查,首先是 typescript 编译器运行 ts 编程代码后得到了一个运行时的检查系统,运行这个系统,从而对穿插在其中的 js 代码进行类型断言;二是输出 js,输出过程中,编译系统已经运行完了类型编程的代码,就像 php 代码中 echo js 代码一样,php 代码已经运行了,显示出来的是 js 代码。

从这个角度看 typescript,你或许更能理解为什么说它是 JavaScript 的超集,为什么它的编译结果是 js(为什么不可以将 ts 编译为其他语言呢?)。

通俗的理解泛型

既然我们理解了 ts 编译系统的逻辑,那么我们就可以把类型的编程和 js 本身的业务编程在情感上区分开。我们所讲的“泛型”,只存在于类型编程的部分,这部分代码是 ts 的编译运行时代码。

我们来看下一个简单的例子:

function increase<T>(param: T): T {
  //...
}

这段代码,如果我们把 js 代码区分开,然后用类型描述文本来表示会是怎样?

// 声明函数 @type,参数为 T,返回结果为 (T): T 
@type = T => (T): T

// 运行函数得到一个类型 F,即类型为 (number): number
@F = @type(number)

// 要求 increase 这个函数符合 F 这种类型,也就是参数为 number,返回值也为 number 
@@F
function increase(param) { 
  // ... 
} 
@@end

实际上没有 @@F 这种语法,是我编造出来的,目的是让你可以从另一个角度去看类型系统。

当我们理解泛型是一种“参数”之后,我们可能会问:类型系统的函数在哪里?对于 js 函数而言,你可以很容易指出函数声明语句和参数,但是 ts 中,这个部分是隐藏起来的。不过,我们可以在一些特定结构中,比较容易看到类型函数的影子:

// 声明一个泛型接口,这个写法,像极了声明一个函数,我们用描述语言来形容 @type = T => (T): T
interface GenericIdentityFn<T> {
    (arg: T): T;
}

// 这个写法,有点像一个闭包函数,在声明函数后,立即运行这个函数,描述语言:@@[T => (T): T](any)
function identity<T>(arg: T): T {
    return arg;
}

// 使用泛型接口,像极了调用一个函数,我们用描述语言来形容 @type(number)
let myIdentity: GenericIdentityFn<number> = identity;

上面这一整段代码,我们用描述文本重写一遍:

@GenericIdentityFn = T => (T): T
@@[T => (T): T](any)
function identify(arg) {
  return arg
}
@@end

@@GenericIdentityFn(number)
let myIdentity = identity
@@end

我们在类型系统中声明了两个函数,分别是 @GenericIdentityFn 和 @some(匿名函数 @[T => (T): T])。虽然是两个函数,但是实际上,它们的是一模一样的,因为 typescript 是结构类型,也就是在类型检查的时候只判断结构上的每个节点类型是否相同,而不是必须保持类型变量本身的指针相同。@GenericIdentityFn 和 @some 这两个函数分别被调用,用来修饰 identify 和 myIdentify,在调用的时候,接收的参数不同,所以导致最终的类型检查规则是不同的,identify 只要保证参数和返回值的类型相同,至于具体什么类型,any。而 myIdentify 除了保证参数返回值类型相同外,还要求类型必须是 number。

泛型类

除了泛型接口,class 类也可以泛型化,即“泛型类”,借助泛型类,我们来探究一下泛型的声明和使用的步骤。

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

let myGenericNumber = new GenericNumber<number>();

前文泛型接口因为只是为了约束函数的类型,所以写的很像函数,实际上,我们可以用描述语言重新描述一个泛型接口和泛型类。上面的红色部分,我们用描述语言来描述:

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

@GenericNumber 这个函数,以 T 为参数,返回一个 class,在函数体内多次用到了参数 T。

@GenericIdentityFn = T => interface { 
  (arg: T): T; 
}

我们重新描述了前面的 interface GenericIdentityFn,这样我们就可以在接口中增加其他的方法。

可以注意到,即使 typescript 内置的基础类型,例如 Array,被声明为泛型接口、泛型类之后,这些接口和类在使用时必须通过<>传入参数,本质上,因为它们都是函数,只是返回值不同。

其他泛型使用的通俗解释

接下来我们要再描述一个复杂的类型:

class Animal {
    numLegs: number;
}

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

我们姑且不去看 new() 的部分,我们看尖括号中的 extends 语法,这里应该怎么理解呢?实际上,我们面对的问题是,在编译时,<A extends Animal> 尖括号中的内容是什么时候运行的,是之前,还是之间?

// 到底是
@type = (A extends Animal) => (new() => A): A
@type(T)
// 还是
@type = A => (new() => A): A
@type(T extends Animal)

因为 typescript 是静态类型系统,Animal 是不变的类,因此,可以推测其实在类的创建之前,尖括号的内容已经被运行了。

@type = (A extends Animal) => (new() => A): A

也就是说,要使用 @type(T) 产生类型,首先 T 要满足 Animal 的结构,然后才能得到需要的类型,如果 T 已经不满足 Animal 类的结构了,那么编译器会直接报错,而这个报错,不是类型检查阶段,而是在类型系统的创建阶段,也就是 ts 代码的运行阶段。这种情况被称为“泛型约束”。

另外,类似 <A,B> 这样的语法其实和函数参数一致。

@type = (A, B) => (A|B): SomeType

我们再来看 ts 内置的基础类型:Array<number>

@Array = any => any[]

结语

Typescript 中的泛型,实际上就是类型的生成函数的参数。本文的内容全部为凭空想象,仅适用于对 ts 进行理解时的思路开拓,不适用于真实编程,特此声明。

2019-12-04 168 ,

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