TypeScript高级类型:联合类型和交叉类型介绍

TypeScript的基础类型、字面量类型、函数类型及接口类型,它们都是单一、原子的类型元素。其实,有一些稍微复杂、实际编程场景,我们还需要通过组合/结合单一、原子类型构造更复杂的类型,以此描述更复杂的数据和结构。这就是使用联合和交叉类型(Unions and Intersection Types)。

联合类型

联合类型(Unions)用来表示变量、参数的类型不是单一原子类型,而可能是多种不同的类型的组合。

我们主要通过“|”操作符分隔类型的语法来表示联合类型。这里,我们可以把“|”类比为 JavaScript 中的逻辑或 “||”,只不过前者表示可能的类型。

举个例子,我们封装了一个将 string 或者 number 类型的输入值转换成 '数字 + "px" 格式的函数,如下代码所示:

function formatPX(size: unknown) {

  if (typeof size === 'number') {

    return `${size}px`;

  }

  if (typeof size === 'string') {

    return `${parseInt(size) || 0}px`;

  }

  throw Error(` 仅支持 number 或者 string`);

}

formatPX(13);

formatPX('13px');

在学习联合类型之前,我们可能免不了使用 any 或 unknown 类型来表示参数的类型(为了让大家养成好习惯,推荐使用 unknown)。

通过这样的方式带来的问题是,在调用 formatPX 时,我们可以传递任意的值,并且可以通过静态类型检测(使用 any 亦如是),但是运行时还是会抛出一个错误,例如:

formatPX(true);

formatPX(null);

这显然不符合我们的预期,因为 size 应该是更明确的,即可能也只可能是 number 或 string 这两种可选类型的类型。

所幸有联合类型,我们可以使用一个更明确表示可能是 number 或 string 的联合类型来注解 size 参数,如下代码所示:

function formatPX(size: number | string) {

  // ...

}

formatPX(13); // ok

formatPX('13px'); // ok

formatPX(true); // ts(2345) 'true' 类型不能赋予 'number | string' 类型

formatPX(null); // ts(2345) 'null' 类型不能赋予 'number | string' 类型

在第 1 行,我们定义了函数 formatPX 的参数 size 既可以是 number 类型也可以是 string 类型,所以第 5 行和第 6 行传入数字 13 和字符串 '13px' 都正确,但在第 8 行和第 9 行传入布尔类型的 true 或者 null 类型都会提示一个 ts(2345) 错误。

当然,我们可以组合任意个、任意类型来构造更满足我们诉求的类型。比如,我们希望给前边的示例再加一个 unit 参数表示可能单位,这个时候就可以声明一个字符串字面类型组成的联合类型,如下代码所示:

function formatUnit(size: number | string, unit: 'px' | 'em' | 'rem' | '%' = 'px') {

  // ...

}

formatUnit(1, 'em'); // ok

formatUnit('1px', 'rem'); // ok

formatUnit('1px', 'bem'); // ts(2345)

我们定义了 formatPX 函数的第二个参数 unit,它的类型是由 'px'、'em'、'rem'、'%' 字符串字面类型组成的类型集合。因此,我们可以在第 5 行和第 6 行传入字符串字面量 'em' 和 'rem' 作为第二个实参。如果在第 8 行我们传入一个不在类型集合中的字符串字面量 'bem' ,就会提示一个 ts(2345) 错误。

我们也可以使用类型别名抽离上边的联合类型,然后再将其进一步地联合,如下代码所示:

type ModernUnit = 'vh' | 'vw';

type Unit = 'px' | 'em' | 'rem';

type MessedUp = ModernUnit | Unit; // 类型是 'vh' | 'vw' | 'px' | 'em' | 'rem'

这里我们定义了 ModernUnit 别名表示 'vh' 和 'vw' 这两个字面量类型的组合,且定义了 Unit 别名表示 'px' 和 'em' 和 'rem' 字面量类型组合,同时又定义了 MessedUp 别名表示 ModernUnit 和 Unit 两个类型别名的组合。

这里埋一个伏笔: 如果将 string 原始类型和“string 字面量类型”组合成一个联合类型会是什么效果?你可以自己尝试一下,答案将在这一讲的最后揭晓。

我们也可以把接口类型联合起来表示更复杂的结构,如下所示示例:

interface Bird {

  fly(): void;

  layEggs(): void;

}

interface Fish {

  swim(): void;

  layEggs(): void;

}

const getPet: () => Bird | Fish = () => {

  return {

  // ...

  } as Bird | Fish;

};

const Pet = getPet();

Pet.layEggs(); // ok

Pet.fly(); // ts(2339) 'Fish' 没有 'fly' 属性; 'Bird | Fish' 没有 'fly' 属性

从上边的示例可以看到,在联合类型中,我们可以直接访问各个接口成员都拥有的属性、方法,且不会提示类型错误。但是,如果是个别成员特有的属性、方法,我们就需要区分对待了,此时又要引入类型守卫来区分不同的成员类型。

只不过,在这种情况下,我们还需要使用基于 in 操作符判断的类型守卫,如下代码所示:

if (typeof Pet.fly === 'function') { // ts(2339)

  Pet.fly(); // ts(2339)

}

if ('fly' in Pet) {

  Pet.fly(); // ok

}

因为 Pet 的类型既可能是 Bird 也可能是 Fish,这就意味着在第 1 行可能会通过 Fish 类型获取 fly 属性,但 Fish 类型没有 fly 属性定义,所以会提示一个 ts(2339) 错误。

交叉类型

前边我们使用了逻辑或“||” 类比联合类型,那是不是还有一个逻辑与“&&”可以类比类型?

在 TypeScript 中,确实还存在一种类似逻辑与行为的类型——交叉类型(Intersection Type),它可以把多个类型合并成一个类型,合并后的类型将拥有所有成员类型的特性。

在 TypeScript 中,我们可以使用“&”操作符来声明交叉类型,如下代码所示:

{

  type Useless = string & number;

}

很显然,如果我们仅仅把原始类型、字面量类型、函数类型等原子类型合并成交叉类型,是没有任何用处的,因为任何类型都不能满足同时属于多种原子类型,比如既是 string 类型又是 number 类型。因此,在上述的代码中,类型别名 Useless 的类型就是个 never。

合并接口类型

联合类型真正的用武之地就是将多个接口类型合并成一个类型,从而实现等同接口继承的效果,也就是所谓的合并接口类型,如下代码所示:

  type IntersectionType = { id: number; name: string; }

    & { age: number };

  const mixed: IntersectionType = {

    id: 1,

    name: 'name',

    age: 18

  }

在上述示例中,我们通过交叉类型,使得 IntersectionType 同时拥有了 id、name、age 所有属性,这里我们可以试着将合并接口类型理解为求并集。

这里,我们来发散思考一下:如果合并的多个接口类型存在同名属性会是什么效果呢?

此时,我们可以根据同名属性的类型是否兼容将这个问题分开来看。

如果同名属性的类型不兼容,比如上面示例中两个接口类型同名的 name 属性类型一个是 number,另一个是 string,合并后,name 属性的类型就是 number 和 string 两个原子类型的交叉类型,即 never,如下代码所示:

  type IntersectionTypeConfict = { id: number; name: string; }

    & { age: number; name: number; };

  const mixedConflict: IntersectionTypeConfict = {

    id: 1,

    name: 2, // ts(2322) 错误,'number' 类型不能赋给 'never' 类型

    age: 2

  };

此时,我们赋予 mixedConflict 任意类型的 name 属性值都会提示类型错误。而如果我们不设置 name 属性,又会提示一个缺少必选的 name 属性的错误。在这种情况下,就意味着上述代码中交叉出来的 IntersectionTypeConfict 类型是一个无用类型。

如果同名属性的类型兼容,比如一个是 number,另一个是 number 的子类型、数字字面量类型,合并后 name 属性的类型就是两者中的子类型。

如下所示示例中 name 属性的类型就是数字字面量类型 2,因此,我们不能把任何非 2 之外的值赋予 name 属性。

  type IntersectionTypeConfict = { id: number; name: 2; }

  & { age: number; name: number; };

  let mixedConflict: IntersectionTypeConfict = {

    id: 1,

    name: 2, // ok

    age: 2

  };

  mixedConflict = {

    id: 1,

    name: 22, // '22' 类型不能赋给 '2' 类型

    age: 2

  };

合并联合类型

另外,我们可以合并联合类型为一个交叉类型,这个交叉类型需要同时满足不同的联合类型限制,也就是提取了所有联合类型的相同类型成员。这里,我们也可以将合并联合类型理解为求交集。

在如下示例中,两个联合类型交叉出来的类型 IntersectionUnion 其实等价于 'em' | 'rem',所以我们只能把 'em' 或者 'rem' 字符串赋值给 IntersectionUnion 类型的变量。

  type UnionA = 'px' | 'em' | 'rem' | '%';

  type UnionB = 'vh' | 'em' | 'rem' | 'pt';

  type IntersectionUnion = UnionA & UnionB;

  const intersectionA: IntersectionUnion = 'em'; // ok

  const intersectionB: IntersectionUnion = 'rem'; // ok

  const intersectionC: IntersectionUnion = 'px'; // ts(2322)

  const intersectionD: IntersectionUnion = 'pt'; // ts(2322)

既然是求交集,如果多个联合类型中没有相同的类型成员,交叉出来的类型自然就是 never 了,如下代码所示:

  type UnionC = 'em' | 'rem';

  type UnionD = 'px' | 'pt';

  type IntersectionUnionE = UnionC & UnionD;

  const intersectionE: IntersectionUnionE = 'any' as any; // ts(2322) 不能赋予 'never' 类型

在上述示例中,因为 UnionC 和 UnionD 没有交集,交叉出来的类型 IntersectionUnionE 就是 never,所以我们不能把任何类型的值赋予 IntersectionUnionE 类型的变量。

联合、交叉组合

在前面的示例中,我们把一些联合、交叉类型抽离成了类型别名,再把它作为原子类型进行进一步的联合、交叉。其实,联合、交叉类型本身就可以直接组合使用,这就涉及 |、& 操作符的优先级问题。实际上,联合、交叉运算符不仅在行为上表现一致,还在运算的优先级和 JavaScript 的逻辑或 ||、逻辑与 && 运算符上表现一致 。

联合操作符 | 的优先级低于交叉操作符 &,同样,我们可以通过使用小括弧 () 来调整操作符的优先级。

  type UnionIntersectionA = { id: number; } & { name: string; } | { id: string; } & { name: number; }; // 交叉操作符优先级高于联合操作符

  type UnionIntersectionB = ('px' | 'em' | 'rem' | '%') | ('vh' | 'em' | 'rem' | 'pt'); // 调整优先级

进而,我们也可以把分配率、交换律等基本规则引入类型组合中,然后优化出更简洁、清晰的类型,如下代码所示:

  type UnionIntersectionC = ({ id: number; } & { name: string; } | { id: string; }) & { name: number; };

  type UnionIntersectionD = { id: number; } & { name: string; } & { name: number; } | { id: string; } & { name: number; }; // 满足分配率

  type UnionIntersectionE = ({ id: string; } | { id: number; } & { name: string; }) & { name: number; }; // 满足交换律

在上述代码中,第 2 行是在第 1 行的基础上进行展开,说明 & 满足分配率;第 3 行则是在第 1 行的基础上调整了成员的顺序,说明 | 操作满足交换律。

类型缩减

这里呼应一下在介绍联合类型时埋下的伏笔:如果将 string 原始类型和“string字面量类型”组合成联合类型会是什么效果?效果就是类型缩减成 string 了。

同样,对于 number、boolean(其实还有枚举类型,详见第 9 讲)也是一样的缩减逻辑,如下所示示例:

  type URStr = 'string' | string; // 类型是 string

  type URNum = 2 | number; // 类型是 number

  type URBoolen = true | boolean; // 类型是 boolean

  enum EnumUR {

    ONE,

    TWO

  }

  type URE = EnumUR.ONE | EnumUR; // 类型是 EnumUR

TypeScript 对这样的场景做了缩减,它把字面量类型、枚举成员类型缩减掉,只保留原始类型、枚举类型等父类型,这是合理的“优化”。

可是这个缩减,却极大地削弱了 IDE 自动提示的能力,如下代码所示:

  type BorderColor = 'black' | 'red' | 'green' | 'yellow' | 'blue' | string; // 类型缩减成 string

在上述代码中,我们希望 IDE 能自动提示显示注解的字符串字面量,但是因为类型被缩减成 string,所有的字符串字面量 black、red 等都无法自动提示出来了。

不要慌,TypeScript 官方其实还提供了一个黑魔法,它可以让类型缩减被控制。如下代码所示,我们只需要给父类型添加“& {}”即可。

  type BorderColor = 'black' | 'red' | 'green' | 'yellow' | 'blue' | string & {}; // 字面类型都被保留

VS Code 自动提示效果图

此时,其他字面量类型就不会被缩减掉了,在 IDE 中字符串字面量 black、red 等也就自然地可以自动提示出来了。

此外,当联合类型的成员是接口类型,如果满足其中一个接口的属性是另外一个接口属性的子集,这个属性也会类型缩减,如下代码所示:

  type UnionInterce =

  | {

      age: '1';

    }

  | ({

      age: '1' | '2';

      [key: string]: string;

    });

这里因为 '1' 是 '1' | '2' 的子集,所以 age 的属性变成 '1' | '2':

利用这个特性,我们来实现 07 讲中埋下的那个伏笔,如何定义如下所示 age 属性是数字类型,而其他不确定的属性是字符串类型的数据结构的对象?

{

  age: 1, // 数字类型

  anyProperty: 'str', // 其他不确定的属性都是字符串类型

  ...

}

在这里提到这个伏笔,想必你应该明白了,我们肯定要用到两个接口的联合类型及类型缩减,这个问题的核心在于找到一个既是 number 的子类型,这样 age 类型缩减之后的类型就是 number;同时也是 string 的子类型,这样才能满足属性和 string 索引类型的约束关系。

哪个类型满足这个条件呢?我们一起回忆一下 02 讲中介绍的特殊类型 never。

never 有一个特性是它是所有类型的子类型,自然也是 number 和 string 的子类型,所以答案如下代码所示:

  type UnionInterce =

  | {

      age: number;

    }

  | ({

      age: never;

      [key: string]: string;

    });

  const O: UnionInterce = {

    age: 2,

    string: 'string'

  };

在上述代码中,我们在第 3 行定义了 number 类型的 age 属性,第 6 行定义了 never 类型的 age 属性,等价于 age 属性的类型是由 number 和 never 类型组成的联合类型,所以我们可以把 number 类型的值(比如说数字字面量 1)赋予 age 属性;但是不能把其他任何类型的值(比如说字符串字面量 'string' )赋予 age。

同时,我们在第 5 行~第 8 行定义的接口类型中,还额外定义了 string 类型的字符串索引签名。因为 never 同时又是 string 类型的子类型,所以 age 属性的类型和字符串索引签名类型不冲突。如第 9 行~第 12 行所示,我们可以把一个 age 属性是 2、string 属性是 'string' 的对象字面量赋值给 UnionInterce 类型的变量 O。

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