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从 JavaScript 到 TypeScript

什么是 TypeScript?

简而言之,TypeScript 是 JavaScript 的超集,它继承了 JavaScript 所有的语法,并且可以编译为纯 JavaScript 。它的目的并不是创造一种全新语言,而是增强 JavaScript 的功能,使其更适合多人合作的企业级项目。

既然是超集,那么它在哪里呢?

我们知道, JavaScript 的变量是没有类型的,无论用 var, let, const 哪一个关键字,都无法指定变量的类型,因此我们称 JS 是一个“弱类型”的语言。例如下面的代码,在 JavaScript 中是完全合法的

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let a = 1;
let str = "34";
let res = a + str; // res = "134"

这对我们来说是非常不好的,是反直觉的,正常人的思维应该是,一个数字和字符串怎么可能可以相加呢?这应该报错!

TypeScript 最大的特点就是引入了类型系统,这样就可以在编译为 JavaScript 代码之前由编译器进行类型检查。在这样的条件下,TypeScript 中的变量在声明的时候就可以指定类型,编译器在将 TypeScript 代码编译为 JavaScript 代码的时候会进行类型检查,若有不符合类型声明的情况则会报错:

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const fun = (name: string): void => {
console.log("Hello, " + name);
};

fun(2); // Error!

上面的 fun 函数要求传入一个 string 类型的值,且返回类型为 void 但是我们调用的时候却传入了一个数字 2,这显然是不符合函数参数要求的,因此 TypeScript 编译器会报错

TypeScript 有着静态类型检查,具有类型系统,可以在开发时捕获许多常见的错误。通过类型检查,可以在编码阶段就发现潜在的问题,减少运行时错误。

但是,在实际开发中,选择 TypeScript 还是 JavaScript 取决于项目的具体需求和团队的实际情况。首先,对于大型项目、需要长期维护和多人协作的项目,TypeScript 的优势尤为明显。它提供了类型检查和工具支持,可以提高代码的可靠性和团队的效率。而对于小型项目或快速原型开发,JavaScript 可能更适合快速迭代和开发的需求。其次,如果团队已经熟悉 JavaScript 生态系统,并且没有特别需要 TypeScript 的需求,继续使用 JavaScript 也是一个合理的选择。要考虑团队成员的技术水平和学习成本。

TypeScript,启动!

Node.js 提供了 npm 包管理器,通过npm install -g typescript 即可安装 TypeScript 。通过 tsc 命令即可将 TypeScript 代码编译为 JavaScript 代码。但是它并不支持直接运行编译后的代码,而 ts-node 正好填补了这一空缺,它封装了 TypeScript 的编译过程,使得 TypeScript 代码无需编译成 JavaScript,就能直接运行 TypeScript 代码。由于这是一个教学文档,本文先不使用 ts-node

我们在一个文件夹下启动命令行,输入 npm install -g typescript 安装 TypeScript ,之后输入 tsc --init即可在当前文件夹下初始化 TypeScript 项目。我们会发现当前文件夹下多了一个 tsconfig.json 文件,这是 TypeScript 项目的配置文件,它包含了编译器的配置选项,我们暂时先不动它

在当前文件夹下新建 index.ts 文件,并编写:

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let str: string = "TypeScript";
console.log(`Hello, ${str}!`);

之后在命令行输入 tsc index.ts,即可编译 index.ts ,同时编译生成的index.js 会被放在同一目录下

在命令行输入 node index.js ,如果成功输出了 Hello, TypeScript!,证明你的电脑已经成功安装 TypeScript 编译器

TypeScript 的变量类型

TypeScript 的变量类型与 C 语言相比简单的多,仅有布尔类型( _boolean_ )数字类型( _number_ )字符串类型( _string_ )未定义类型( _undefined_ )空类型( _null_ )大数类型( _bigint_ )符号类型( _symbol_ )任意类型( _any_ )never 类型( _never_ )

其中有必要细讲的是未定义与空,还有任意类型。大数和符号不常用,感兴趣可以自行 Google

空类型

未定义和空都表示空,但 null 表示这个元素存在,但是是空的; undefined 表示这个元素干脆就不存在。且 undefined 要比 null 常见的多

这两个类型的相同点是,他们都是只有一个值的数据类型, undefined 的值只有 undefinednull 的值只有 null

我们先看一张比较经典的图片,该图来自 stackoverflow 的回答

T9M2J

  • 非零值就像一个装有卫生纸卷的支架,并且管子上仍然有纸巾。
  • 零值就像一个带有空卫生纸管的支架。
  • 空值就像一个没有卫生纸管的支架。
  • 未定义就像连支架都没有

对于一个未定义的变量,执行 typeof 操作符,那么就会返回 undefined

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let data;
console.log(typeof data); // undefined
console.log(typeof src); // undefined

这里我们没有使用 === 来判断,因为对于尚未声明过的变量,我们只能执行使用 typeof 操作符检测其数据类型这个操作,使用其他的操作都会报错

还有使用对象中不存在的属性,也会返回 undefined

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let obj = {
prop: "value",
};
console.log(obj.abcdefg); // undefined

从逻辑角度来看, null 值表示一个空对象指针,指示变量未指向任何对象,常在返回类型是对象,但没关联值的地方使用,就像下面:

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let $container = document.getElementById("container"); // container是不存在的
console.log($container); // null

如果一个变量已经定义,并且它的值为 null ,那么他的类型就是:

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let data = null;
console.log(typeof data); // object

你会发现他的类型并不是 null, 而是一个对象。这并不奇怪。从逻辑角度来看, null 值表示一个空对象指针,它代表的其实就是一个空对象。

任意类型

当你不知道该标记什么类型,或者你希望可以写任何类型时,可以谨慎使用 any,编译器将不会尝试对 any 类型的变量做任何的分析。

any 类型是目前 TypeScript 语言之中具有较大争议的一个设计,因为理论上我们可以将所有的变量声明为 any 从而绕过类型检查,这个时候 TypeScript 实际上退化为 JavaScript

但是考虑到目前 Web 前端项目会引用大量的第三方库,开发者很多时候无法完全把握某些变量的信息,所以 any 类型是必要的。不过我们需要注意其使用,对于能够给定类型的变量则尽量不标记为 any

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let num: any = "string";
num = 2333; // OK
num = true; // OK
num = undefined; // OK

never 类型

TypeScript 支持一种特殊的类型,即 never 类型。这种类型常被用于标注函数返回值,代表这个函数永远不会终结或者会抛出异常:

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const neverEnd = (): never => {
while (true) {}
};

这种类型的值永远不能被实例化,也即尝试声明和使用 never 类型的值将会总是出现错误,利用个特点,我们可以检测程序是否考虑了所有的情况,这被称为耗尽检查:

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type All = number | string | boolean;
// switch 语句用法与 C/C++ 一致
const handler = (value: All) => {
switch (typeof value) {
case "number":
// do something
break;
case "string":
// do something
break;
case "boolean":
// do something
break;
default:
let exhaustiveCheck: never = value;
}
};

根据 never 的特点,default 分支的代码执行必然会产生错误,因此如果该 switch 语句未能穷尽 typeof value 的可能取值,使得代码落入 default 分支,导致 never 类型的变量被实例化,进而导致编译器报错

如果修改类型 Allnumber | string | boolean | undefined,编译器会告诉我们不能将类型“undefined”分配给类型“never”,这就是因为当 value === undefined 时,会尝试将 undefined 赋给 never 类型的变量。 这样,handler 函数就会因为没有耗尽所有可能而报错

类型标注

声明变量时可以在变量后面标注类型,也可以根据初始值自动推断,但如果声明变量时不赋初始值,则必须添加类型标注,否则在使用时会报错(即自动推断该变量为 undefined 的类型,因此不能赋其他值)。

普通类型标注

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let isDone: boolean = false;
let Count: number = 100;
let str: string = "Hello, TypeScript!";

也就是在变量名字后面紧接着跟一个冒号,再加上类型就可以了

但需要注意的是 TypeScript 允许使用字面量作为类型标注,如:

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let one: 1 = 1;
one = 2; // Error!

这里变量 one 的类型被限定为字面量 1 而不是所有的 number,这种标注的作用在下面会展示。

对象和数组的标注

对象:

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let obj: {
name: string;
age: number;
address: string;
} = {
name: "Alice",
age: 21,
address:
"No. 2, Linggong Road, Ganjingzi District, Dalian City, Liaoning Province",
};

所有元素均相同的数组:

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let learning_direction: string[] = ["Embedded", "Web", "Media"];

learning_direction = "Web"; // Error! 不能将类型“string”分配给类型“string[]”
learning_direction = ["Web"]; // Success

固定长度和类型的数组:

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let arr: [number, boolean] = [1, false];

函数的标注

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function sum(x: number, y: number): number {
return x + y;
}

上面的函数,函数名为 sum, 两个参数类型均为 number ,返回值也为 number

这里要注意的是,编译器会尝试推断函数返回值,但不会尝试从函数实现中推断参数类型,因此参数列表的类型标注是必不可少的。

也可以按照声明变量的方式:

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let sum = function (x: number, y: number): number {
return x + y;
};

这里 sum 作为一个变量,它的类型并非前文所提过的原始值,因此也是一个对象,它的构造函数是 function

如果使用箭头函数:

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// 以下两种写法的结果相同
const sum = (x: number, y: number) => x + y;

const sum = (x: number, y: number) => {
return x + y;
};

虽然我们函数参数有了类型的限制,但是实际上 TypeScript 在运行时并不会检查你的调用是否符合参数列表(尽管在编译器会尝试进行静态检查,但是如果你使用 any 或其他一些方法传入其他类型参数,仍然会继续运行)

在 JavaScript 中,甚至不会检查你函数调用的时候传入参数的个数,但是 TypeScript 会阻止传入个数错误的参数

在 TypeScript 中可以通过将参数标为可选或提供默认值来允许不同长度的传入参数:

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function sum(x: number, y: number = 1, z?: number): number {
// y的默认值是1,z为可选参数
return x + y + (z ?? 0); // 这里 y 不可能为空值,但 z 可能。如果函数调用没有给出z,那么z默认是0
}

console.log(sum(1)); // => 1 + 1 + (undefined ?? 0) = 2
console.log(sum(1, 0)); // => 1 + 0 + (undefined ?? 0) = 1
console.log(sum(1, 2, 3)); // => 1 + 2 + (3 ?? 0) = 6

类型别名

可以使用 type 关键词定义类型别名,在需要实现复杂的类型时非常有用:

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type numberOne = 1;
let one: numberOne = 1;
one = 2; // Error!

联合类型和类型收窄

TypeScript 可以将变量的类型声明为若干个类型之一,这称为联合类型

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let union: number | string = 7;
union = "Genshin Impact"; // OK
union = 8; // OK

上面的 union 变量,既可以是 number 类型,也可以是 string 类型

联合类型最常用的地方是标注函数参数,这样就允许了函数接受多种类型的参数:

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const addHello = (x: number | string): void => {
console.log("Hello" + x);
};

addHello(1); // OK
addHello("Dalian"); // OK

上文提到字面量可以作为类型标注,那么使用联合类型,就可以实现枚举行为:

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type oddNumber = 1 | 3 | 5 | 7 | 9;
let a: oddNumber = 5; // OK
let b: oddNumber = 2; // Error!

_这就是上面提到的复杂类型之一_

对于“所有元素均相同的数组”的实例代码出现的错误,如果更改为下面的代码:

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let learning_direction: string | string[] = ["Embedded", "Web", "Media"];

learning_direction = "Web"; // Success
learning_direction = ["Web"]; // Success

这里我们声明 learning_direction 可能有两种类型,即 stringstring[],所以我们可以将其任意赋值为其中的一种,但这就导致我们在使用这一值时,不能精确判断上面包含的方法,例如我们尝试执行:

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learning_direction.match(/react/); // Error! 类型“string[]”上不存在属性“match”

这里编译器会报错,但如果我们的代码足以让编译器推断出来变量类型:

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if (typeof learning_direction === "string") {
console.log(learning_direcion.match(/react/));
} else {
//
}

如果能够进入 if 判断的第一个大括号的语句,那 learning_direction 就一定是 string 类型,编译器自己就能够明白,这么做是安全的,允许调用相应的方法,这种行为被称为类型收窄

类型断言

这种语法只用在一种情况:你认为你比编译器还懂这个变量的类型

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let learning_direction: string | string[] = ["Embedded", "Web", "Media"];

(learning_direction as unknown as string).match(/react/);

我们这里使用 as 关键字,告诉编译器 learning_direction 这个变量一定为 string 类型,不可能是 string[] 类型,这个时候编译器就会听你的,把他它当作 string 类型处理

但你不能断言一个变量为明显冲突的类型

比如上述代码,如果是 (learning_direction as string).match (/react/); ,那么就会报错,所以我们要先断言为 unknown 再断言为其他类型

TypeScript 的复杂类型

泛型

这类似于 C++的模板

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//函数泛型
function identity<Type>(arg: Type): Type {
return arg;
}

//还是函数泛型
const identity = <Type,>(arg: Type): Type => arg;

//类泛型
class GenericNumber<NumType> {
zeroValue: NumType;
add: (x: NumType, y: NumType) => NumType;
}

//对象泛型
interface Request<ReqBody, ResBody> {
request: ReqBody;
response: ResBody;
}

//别名泛型
type MaybeArray<Value> = Value | Value[];

//它们的实例化
identity<number>(1);

const num = new GenericNumber<number>();

const req: Request<{ action: string }, { result: string }> = {
request: {
action: "update system",
},
response: {
result: "succeeded",
},
};

let nums: MaybeArray<number> = 0;
nums = [0, 1, 2];

可以为泛型添加限制和默认值,也可以由编译器推断泛型类型:

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function identity<Type = number>(arg: Type): Type {
return arg;
}

identity(1);

function identity<Type extends { data: string }>(arg: Type): string {
return arg.data;
}

identity({ data: "str" });

typeof 和 keyof 关键字

typeof 除了可以作为运算符获取变量类型以外,用作类型标注时,可以获取变量的具体类型(而非作为运算符时的有限种类):

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const someObj = {
foo: 1,
bar: "2",
};

function f(arg: typeof someObj) {
// arg: { foo: number; bar: string }
// do something
}

keyof 可以获取类型的键的类型:

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const Obj = {
foo: 1,
bar: "2",
};

function f(arg: keyof typeof Obj) {
// arg: 'foo' | 'bar'
// do something
}

三目运算符

与 C 语言的三目运算符语法相同,但是在 TypeScript 中与泛型结合会更有用

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type MessageOf<T> = T extends { message: any } ? T["message"] : unknown;

interface Email {
message: string;
}

interface Dog {
bark(): void;
}

type EmailMessageContents = MessageOf<Email>; // EmailMessageContents = string

type DogMessageContents = MessageOf<Dog>; // DogMessageContents = unknown