TypeScript 的类型系统

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TypeScript 类型系统的总体介绍

TypeScript 的类型系统

本章是 TypeScript 类型系统的总体介绍。

TypeScript 继承了 JavaScript 的类型，在这个基础上，定义了一套自己的类型系统。

基本类型

概述

JavaScript 语言（注意，不是 TypeScript）将值分成8种类型。

boolean
string
number
bigint
symbol
object
undefined
null

TypeScript 继承了 JavaScript 的类型设计，以上8种类型可以看作 TypeScript 的基本类型。

注意，上面所有类型的名称都是小写字母，首字母大写的Number、String、Boolean等在 JavaScript 语言中都是内置对象，而不是类型名称。

另外，undefined 和 null 既可以作为值，也可以作为类型，取决于在哪里使用它们。

这8种基本类型是 TypeScript 类型系统的基础，复杂类型由它们组合而成。

以下是它们的简单介绍。

boolean 类型

boolean类型只包含true和false两个布尔值。

const x:boolean = true;
const y:boolean = false;

上面示例中，变量x和y就属于 boolean 类型。

string 类型

string类型包含所有字符串。

const x:string = 'hello';
const y:string = `${x} world`;

上面示例中，普通字符串和模板字符串都属于 string 类型。

number 类型

number类型包含所有整数和浮点数。

const x:number = 123;
const y:number = 3.14;
const z:number = 0xffff;

上面示例中，整数、浮点数和非十进制数都属于 number 类型。

bigint 类型

bigint 类型包含所有的大整数。

const x:bigint = 123n;
const y:bigint = 0xffffn;

上面示例中，变量x和y就属于 bigint 类型。

bigint 与 number 类型不兼容。

const x:bigint = 123; // 报错
const y:bigint = 3.14; // 报错

上面示例中，bigint类型赋值为整数和小数，都会报错。

注意，bigint 类型是 ES2020 标准引入的。如果使用这个类型，TypeScript 编译的目标 JavaScript 版本不能低于 ES2020（即编译参数target不低于es2020）。

symbol 类型

symbol 类型包含所有的 Symbol 值。

const x:symbol = Symbol();

上面示例中，Symbol()函数的返回值就是 symbol 类型。

symbol 类型的详细介绍，参见《Symbol》一章。

object 类型

根据 JavaScript 的设计，object 类型包含了所有对象、数组和函数。

const x:object = { foo: 123 };
const y:object = [1, 2, 3];
const z:object = (n:number) => n + 1;

上面示例中，对象、数组、函数都属于 object 类型。

undefined 类型，null 类型

undefined 和 null 是两种独立类型，它们各自都只有一个值。

undefined 类型只包含一个值undefined，表示未定义（即还未给出定义，以后可能会有定义）。

let x:undefined = undefined;

上面示例中，变量x就属于 undefined 类型。两个undefined里面，第一个是类型，第二个是值。

null 类型也只包含一个值null，表示为空（即此处没有值）。

const x:null = null;

上面示例中，变量x就属于 null 类型。

注意，如果没有声明类型的变量，被赋值为undefined或null，在关闭编译设置noImplicitAny和strictNullChecks时，它们的类型会被推断为any。

// 关闭 noImplicitAny 和 strictNullChecks
 
let a = undefined;   // any
const b = undefined; // any
 
let c = null;        // any
const d = null;      // any

如果希望避免这种情况，则需要打开编译选项strictNullChecks。

// 打开编译设置 strictNullChecks
 
let a = undefined;   // undefined
const b = undefined; // undefined
 
let c = null;        // null
const d = null;      // null

上面示例中，打开编译设置strictNullChecks以后，赋值为undefined的变量会被推断为undefined类型，赋值为null的变量会被推断为null类型。

包装对象类型

包装对象的概念

JavaScript 的8种类型之中，undefined和null其实是两个特殊值，object属于复合类型，剩下的五种属于原始类型（primitive value），代表最基本的、不可再分的值。

boolean
string
number
bigint
symbol

上面这五种原始类型的值，都有对应的包装对象（wrapper object）。所谓“包装对象”，指的是这些值在需要时，会自动产生的对象。

'hello'.charAt(1) // 'e'

上面示例中，字符串hello执行了charAt()方法。但是，在 JavaScript 语言中，只有对象才有方法，原始类型的值本身没有方法。这行代码之所以可以运行，就是因为在调用方法时，字符串会自动转为包装对象，charAt()方法其实是定义在包装对象上。

这样的设计大大方便了字符串处理，省去了将原始类型的值手动转成对象实例的麻烦。

五种包装对象之中，symbol 类型和 bigint 类型无法直接获取它们的包装对象（即Symbol()和BigInt()不能作为构造函数使用），但是剩下三种可以。

Boolean()
String()
Number()

以上三个构造函数，执行后可以直接获取某个原始类型值的包装对象。

const s = new String('hello');
typeof s // 'object'
s.charAt(1) // 'e'

上面示例中，s就是字符串hello的包装对象，typeof运算符返回object，不是string，但是本质上它还是字符串，可以使用所有的字符串方法。

注意，String()只有当作构造函数使用时（即带有new命令调用），才会返回包装对象。如果当作普通函数使用（不带有new命令），返回就是一个普通字符串。其他两个构造函数Number()和Boolean()也是如此。

包装对象类型与字面量类型

由于包装对象的存在，导致每一个原始类型的值都有包装对象和字面量两种情况。

'hello' // 字面量
new String('hello') // 包装对象

上面示例中，第一行是字面量，第二行是包装对象，它们都是字符串。

为了区分这两种情况，TypeScript 对五种原始类型分别提供了大写和小写两种类型。

Boolean 和 boolean
String 和 string
Number 和 number
BigInt 和 bigint
Symbol 和 symbol

其中，大写类型同时包含包装对象和字面量两种情况，小写类型只包含字面量，不包含包装对象。

const s1:String = 'hello'; // 正确
const s2:String = new String('hello'); // 正确
 
const s3:string = 'hello'; // 正确
const s4:string = new String('hello'); // 报错

上面示例中，String类型可以赋值为字符串的字面量，也可以赋值为包装对象。但是，string类型只能赋值为字面量，赋值为包装对象就会报错。

建议只使用小写类型，不使用大写类型。因为绝大部分使用原始类型的场合，都是使用字面量，不使用包装对象。而且，TypeScript 把很多内置方法的参数，定义成小写类型，使用大写类型会报错。

const n1:number = 1;
const n2:Number = 1;
 
Math.abs(n1) // 1
Math.abs(n2) // 报错

上面示例中，Math.abs()方法的参数类型被定义成小写的number，传入大写的Number类型就会报错。

上一小节说过，Symbol()和BigInt()这两个函数不能当作构造函数使用，所以没有办法直接获得 symbol 类型和 bigint 类型的包装对象，除非使用下面的写法。但是，它们没有使用场景，因此Symbol和BigInt这两个类型虽然存在，但是完全没有使用的理由。

let a = Object(Symbol());
let b = Object(BigInt());

上面示例中，得到的就是 Symbol 和 BigInt 的包装对象，但是没有使用的意义。

注意，目前在 TypeScript 里面，symbol和Symbol两种写法没有差异，bigint和BigInt也是如此，不知道是否属于官方的疏忽。建议始终使用小写的symbol和bigint，不使用大写的Symbol和BigInt。

Object 类型与 object 类型

TypeScript 的对象类型也有大写Object和小写object两种。

Object 类型

大写的Object类型代表 JavaScript 语言里面的广义对象。所有可以转成对象的值，都是Object类型，这囊括了几乎所有的值。

let obj:Object;
 
obj = true;
obj = 'hi';
obj = 1;
obj = { foo: 123 };
obj = [1, 2];
obj = (a:number) => a + 1;

上面示例中，原始类型值、对象、数组、函数都是合法的Object类型。

事实上，除了undefined和null这两个值不能转为对象，其他任何值都可以赋值给Object类型。

let obj:Object;
 
obj = undefined; // 报错
obj = null; // 报错

上面示例中，undefined和null赋值给Object类型，就会报错。

另外，空对象{}是Object类型的简写形式，所以使用Object时常常用空对象代替。

let obj:{};
 
obj = true;
obj = 'hi';
obj = 1;
obj = { foo: 123 };
obj = [1, 2];
obj = (a:number) => a + 1;

上面示例中，变量obj的类型是空对象{}，就代表Object类型。

显然，无所不包的Object类型既不符合直觉，也不方便使用。

object 类型

小写的object类型代表 JavaScript 里面的狭义对象，即可以用字面量表示的对象，只包含对象、数组和函数，不包括原始类型的值。

let obj:object;
 
obj = { foo: 123 };
obj = [1, 2];
obj = (a:number) => a + 1;
obj = true; // 报错
obj = 'hi'; // 报错
obj = 1; // 报错

上面示例中，object类型不包含原始类型值，只包含对象、数组和函数。

大多数时候，我们使用对象类型，只希望包含真正的对象，不希望包含原始类型。所以，建议总是使用小写类型object，不使用大写类型Object。

注意，无论是大写的Object类型，还是小写的object类型，都只包含 JavaScript 内置对象原生的属性和方法，用户自定义的属性和方法都不存在于这两个类型之中。

const o1:Object = { foo: 0 };
const o2:object = { foo: 0 };
 
o1.toString() // 正确
o1.foo // 报错
 
o2.toString() // 正确
o2.foo // 报错

上面示例中，toString()是对象的原生方法，可以正确访问。foo是自定义属性，访问就会报错。如何描述对象的自定义属性，详见《对象类型》一章。

undefined 和 null 的特殊性

undefined和null既是值，又是类型。

作为值，它们有一个特殊的地方：任何其他类型的变量都可以赋值为undefined或null。

let age:number = 24;
 
age = null;      // 正确
age = undefined; // 正确

上面代码中，变量age的类型是number，但是赋值为null或undefined并不报错。

这并不是因为undefined和null包含在number类型里面，而是故意这样设计，任何类型的变量都可以赋值为undefined和null，以便跟 JavaScript 的行为保持一致。

JavaScript 的行为是，变量如果等于undefined就表示还没有赋值，如果等于null就表示值为空。所以，TypeScript 就允许了任何类型的变量都可以赋值为这两个值。

但是有时候，这并不是开发者想要的行为，也不利于发挥类型系统的优势。

const obj:object = undefined;
obj.toString() // 编译不报错，运行就报错

上面示例中，变量obj等于undefined，编译不会报错。但是，实际执行时，调用obj.toString()就报错了，因为undefined不是对象，没有这个方法。

为了避免这种情况，及早发现错误，TypeScript 提供了一个编译选项strictNullChecks。只要打开这个选项，undefined和null就不能赋值给其他类型的变量（除了any类型和unknown类型）。

下面是 tsc 命令打开这个编译选项的例子。

// tsc --strictNullChecks app.ts
 
let age:number = 24;
 
age = null;      // 报错
age = undefined; // 报错

上面示例中，打开--strictNullChecks以后，number类型的变量age就不能赋值为undefined和null。

这个选项在配置文件tsconfig.json的写法如下。

{
  "compilerOptions": {
    "strictNullChecks": true
    // ...
  }
}

打开strictNullChecks以后，undefined和null这两种值也不能互相赋值了。

// 打开 strictNullChecks
 
let x:undefined = null; // 报错
let y:null = undefined; // 报错

上面示例中，undefined类型的变量赋值为null，或者null类型的变量赋值为undefined，都会报错。

总之，打开strictNullChecks以后，undefined和null只能赋值给自身，或者any类型和unknown类型的变量。

let x:any     = undefined;
let y:unknown = null;

值类型

TypeScript 规定，单个值也是一种类型，称为“值类型”。

let x:'hello';
 
x = 'hello'; // 正确
x = 'world'; // 报错

上面示例中，变量x的类型是字符串hello，导致它只能赋值为这个字符串，赋值为其他字符串就会报错。

TypeScript 推断类型时，遇到const命令声明的变量，如果代码里面没有注明类型，就会推断该变量是值类型。

// x 的类型是 "https"
const x = 'https';
 
// y 的类型是 string
const y:string = 'https';

上面示例中，变量x是const命令声明的，TypeScript 就会推断它的类型是值https，而不是string类型。

这样推断是合理的，因为const命令声明的变量，一旦声明就不能改变，相当于常量。值类型就意味着不能赋为其他值。

注意，const命令声明的变量，如果赋值为对象，并不会推断为值类型。

// x 的类型是 { foo: number }
const x = { foo: 1 };

上面示例中，变量x没有被推断为值类型，而是推断属性foo的类型是number。这是因为 JavaScript 里面，const变量赋值为对象时，属性值是可以改变的。

值类型可能会出现一些很奇怪的报错。

const x:5 = 4 + 1; // 报错

上面示例中，等号左侧的类型是数值5，等号右侧4 + 1的类型，TypeScript 推测为number。由于5是number的子类型，number是5的父类型，父类型不能赋值给子类型，所以报错了（详见本章后文）。

但是，反过来是可以的，子类型可以赋值给父类型。

let x:5 = 5;
let y:number = 4 + 1;
 
x = y; // 报错
y = x; // 正确

上面示例中，变量x属于子类型，变量y属于父类型。子类型x不能赋值为父类型y，但是反过来是可以的。

如果一定要让子类型可以赋值为父类型的值，就要用到类型断言（详见《类型断言》一章）。

const x:5 = (4 + 1) as 5; // 正确

上面示例中，在4 + 1后面加上as 5，就是告诉编译器，可以把4 + 1的类型视为值类型5，这样就不会报错了。

只包含单个值的值类型，用处不大。实际开发中，往往将多个值结合，作为联合类型使用。

联合类型

联合类型（union types）指的是多个类型组成的一个新类型，使用符号|表示。

联合类型A|B表示，任何一个类型只要属于A或B，就属于联合类型A|B。

let x:string|number;
 
x = 123; // 正确
x = 'abc'; // 正确

上面示例中，变量x就是联合类型string|number，表示它的值既可以是字符串，也可以是数值。

联合类型可以与值类型相结合，表示一个变量的值有若干种可能。

let setting:true|false;
 
let gender:'male'|'female';
 
let rainbowColor:'赤'|'橙'|'黄'|'绿'|'青'|'蓝'|'紫';

上面的示例都是由值类型组成的联合类型，非常清晰地表达了变量的取值范围。其中，true|false其实就是布尔类型boolean。

前面提到，打开编译选项strictNullChecks后，其他类型的变量不能赋值为undefined或null。这时，如果某个变量确实可能包含空值，就可以采用联合类型的写法。

let name:string|null;
 
name = 'John';
name = null;

上面示例中，变量name的值可以是字符串，也可以是null。

联合类型的第一个成员前面，也可以加上竖杠|，这样便于多行书写。

let x:
  | 'one'
  | 'two'
  | 'three'
  | 'four';

上面示例中，联合类型的第一个成员one前面，加上了竖杠。

如果一个变量有多种类型，读取该变量时，往往需要进行“类型缩小”（type narrowing），区分该值到底属于哪一种类型，然后再进一步处理。

function printId(
  id:number|string
) {
    console.log(id.toUpperCase()); // 报错
}

上面示例中，参数变量id可能是数值，也可能是字符串，这时直接对这个变量调用toUpperCase()方法会报错，因为这个方法只存在于字符串，不存在于数值。

解决方法就是对参数id做一下类型缩小，确定它的类型以后再进行处理。

function printId(
  id:number|string
) {
  if (typeof id === 'string') {
    console.log(id.toUpperCase());
  } else {
    console.log(id);
  }
}

上面示例中，函数体内部会判断一下变量id的类型，如果是字符串，就对其执行toUpperCase()方法。

“类型缩小”是 TypeScript 处理联合类型的标准方法，凡是遇到可能为多种类型的场合，都需要先缩小类型，再进行处理。实际上，联合类型本身可以看成是一种“类型放大”（type widening），处理时就需要“类型缩小”（type narrowing）。

下面是“类型缩小”的另一个例子。

function getPort(
  scheme: 'http'|'https'
) {
  switch (scheme) {
    case 'http':
      return 80;
    case 'https':
      return 443;
  }
}

上面示例中，函数体内部对参数变量scheme进行类型缩小，根据不同的值类型，返回不同的结果。

交叉类型

交叉类型（intersection types）指的多个类型组成的一个新类型，使用符号&表示。

交叉类型A&B表示，任何一个类型必须同时属于A和B，才属于交叉类型A&B，即交叉类型同时满足A和B的特征。

let x:number&string;

上面示例中，变量x同时是数值和字符串，这当然是不可能的，所以 TypeScript 会认为x的类型实际是never。

交叉类型的主要用途是表示对象的合成。

let obj:
  { foo: string } &
  { bar: string };
 
obj = {
  foo: 'hello',
  bar: 'world'
};

上面示例中，变量obj同时具有属性foo和属性bar。

交叉类型常常用来为对象类型添加新属性。

type A = { foo: number };
 
type B = A & { bar: number };

上面示例中，类型B是一个交叉类型，用来在A的基础上增加了属性bar。

type 命令

type命令用来定义一个类型的别名。

type Age = number;
 
let age:Age = 55;

上面示例中，type命令为number类型定义了一个别名Age。这样就能像使用number一样，使用Age作为类型。

别名可以让类型的名字变得更有意义，也能增加代码的可读性，还可以使复杂类型用起来更方便，便于以后修改变量的类型。

别名不允许重名。

type Color = 'red';
type Color = 'blue'; // 报错

上面示例中，同一个别名Color声明了两次，就报错了。

别名的作用域是块级作用域。这意味着，代码块内部定义的别名，影响不到外部。

type Color = 'red';
 
if (Math.random() < 0.5) {
  type Color = 'blue';
}

上面示例中，if代码块内部的类型别名Color，跟外部的Color是不一样的。

别名支持使用表达式，也可以在定义一个别名时，使用另一个别名，即别名允许嵌套。

type World = "world";
type Greeting = `hello ${World}`;

上面示例中，别名Greeting使用了模板字符串，读取另一个别名World。

type命令属于类型相关的代码，编译成 JavaScript 的时候，会被全部删除。

typeof 运算符

JavaScript 语言中，typeof 运算符是一个一元运算符，返回一个字符串，代表操作数的类型。

typeof 'foo'; // 'string'

上面示例中，typeof运算符返回字符串foo的类型是string。

注意，这时 typeof 的操作数是一个值。

JavaScript 里面，typeof运算符只可能返回八种结果，而且都是字符串。

typeof undefined; // "undefined"
typeof true; // "boolean"
typeof 1337; // "number"
typeof "foo"; // "string"
typeof {}; // "object"
typeof parseInt; // "function"
typeof Symbol(); // "symbol"
typeof 127n // "bigint"

上面示例是typeof运算符在 JavaScript 语言里面，可能返回的八种结果。

TypeScript 将typeof运算符移植到了类型运算，它的操作数依然是一个值，但是返回的不是字符串，而是该值的 TypeScript 类型。

const a = { x: 0 };
 
type T0 = typeof a;   // { x: number }
type T1 = typeof a.x; // number

上面示例中，typeof a表示返回变量a的 TypeScript 类型（{ x: number }）。同理，typeof a.x返回的是属性x的类型（number）。

这种用法的typeof返回的是 TypeScript 类型，所以只能用在类型运算之中（即跟类型相关的代码之中），不能用在值运算。

也就是说，同一段代码可能存在两种typeof运算符，一种用在值相关的 JavaScript 代码部分，另一种用在类型相关的 TypeScript 代码部分。

let a = 1;
let b:typeof a;
 
if (typeof a === 'number') {
  b = a;
}

上面示例中，用到了两个typeof，第一个是类型运算，第二个是值运算。它们是不一样的，不要混淆。

JavaScript 的 typeof 遵守 JavaScript 规则，TypeScript 的 typeof 遵守 TypeScript 规则。它们的一个重要区别在于，编译后，前者会保留，后者会被全部删除。

上例的代码编译结果如下。

let a = 1;
let b;
if (typeof a === 'number') {
    b = a;
}

上面示例中，只保留了原始代码的第二个 typeof，删除了第一个 typeof。

由于编译时不会进行 JavaScript 的值运算，所以TypeScript 规定，typeof 的参数只能是标识符，不能是需要运算的表达式。

type T = typeof Date(); // 报错

上面示例会报错，原因是 typeof 的参数不能是一个值的运算式，而Date()需要运算才知道结果。

另外，typeof命令的参数不能是类型。

type Age = number;
type MyAge = typeof Age; // 报错

上面示例中，Age是一个类型别名，用作typeof命令的参数就会报错。

typeof 是一个很重要的 TypeScript 运算符，有些场合不知道某个变量foo的类型，这时使用typeof foo就可以获得它的类型。

块级类型声明

TypeScript 支持块级类型声明，即类型可以声明在代码块（用大括号表示）里面，并且只在当前代码块有效。

if (true) {
  type T = number;
  let v:T = 5;
} else {
  type T = string;
  let v:T = 'hello';
}

上面示例中，存在两个代码块，其中分别有一个类型T的声明。这两个声明都只在自己的代码块内部有效，在代码块外部无效。

类型的兼容

TypeScript 的类型存在兼容关系，某些类型可以兼容其他类型。

type T = number|string;
 
let a:number = 1;
let b:T = a;

上面示例中，变量a和b的类型是不一样的，但是变量a赋值给变量b并不会报错。这时，我们就认为，b的类型兼容a的类型。

TypeScript 为这种情况定义了一个专门术语。如果类型A的值可以赋值给类型B，那么类型A就称为类型B的子类型（subtype）。在上例中，类型number就是类型number|string的子类型。

TypeScript 的一个规则是，凡是可以使用父类型的地方，都可以使用子类型，但是反过来不行。

let a:'hi' = 'hi';
let b:string = 'hello';
 
b = a; // 正确
a = b; // 报错

上面示例中，hi是string的子类型，string是hi的父类型。所以，变量a可以赋值给变量b，但是反过来就会报错。

之所以有这样的规则，是因为子类型继承了父类型的所有特征，所以可以用在父类型的场合。但是，子类型还可能有一些父类型没有的特征，所以父类型不能用在子类型的场合。