2021-11-13

本文并不完全遵循原文翻译,对部分内容自己也做了解释补充。

Narrowing

试想我们有这样一个函数,函数名为 padLeft:

functionpadLeft(padding:number|string, input:string):string{thrownewError("Not implemented yet!");}

该函数实现的功能是:

如果参数 padding 是一个数字,我们就在 input 前面添加同等数量的空格,而如果 padding 是一个字符串,我们就直接添加到 input 前面。

让我们实现一下这个逻辑:

functionpadLeft(padding:number|string, input:string) {returnnewArray(padding +1).join(" ") + input;// Operator '+' cannot be applied to types 'string | number' and 'number'.}

如果这样写的话,编辑器里 padding + 1 这个地方就会标红,显示一个错误。

这是 TypeScript 在警告我们,如果把一个 number 类型 (即例子里的数字 1 )和一个 number | string 类型相加,也许并不会达到我们想要的结果。换句话说,我们应该先检查下 padding 是否是一个 number,或者处理下当 padding 是 string 的情况,那我们可以这样做:

functionpadLeft(padding:number|string, input:string) {if(typeofpadding ==="number") {returnnewArray(padding +1).join(" ") + input;  }returnpadding + input;}

这个代码看上去也许没有什么有意思的地方,但实际上,TypeScript 在背后做了很多东西。

TypeScript 要学着分析这些使用了静态类型的值在运行时的具体类型。目前 TypeScript 已经实现了比如 if/else 、三元运算符、循环、真值检查等情况下的类型分析。

在我们的 if 语句中,TypeScript 会认为 typeof padding === number 是一种特殊形式的代码,我们称之为类型保护 (type guard),TypeScript 会沿着执行时可能的路径,分析值在给定的位置上最具体的类型。

TypeScript 的类型检查器会考虑到这些类型保护和赋值语句,而这个将类型推导为更精确类型的过程,我们称之为收窄 (narrowing)。 在编辑器中,我们可以观察到类型的改变:

从上图中可以看到在 if 语句中,和剩余的 return 语句中,padding 的类型都推导为更精确的类型。

接下来,我们就介绍 narrowing 所涉及的各种内容。

typeof 类型保护(type guards)

JavaScript 本身就提供了 typeof 操作符,可以返回运行时一个值的基本类型信息,会返回如下这些特定的字符串:

"string"

"number"

"bigInt"

"boolean"

"symbol"

"undefined"

"object"

"function"

typeof 操作符在很多 JavaScript 库中都有着广泛的应用,而 TypeScript 已经可以做到理解并在不同的分支中将类型收窄。

在 TypeScript 中,检查 typeof 返回的值就是一种类型保护。TypeScript 知道 typeof 不同值的结果,它也能识别 JavaScript 中一些怪异的地方,就比如在上面的列表中,typeof 并没有返回字符串 null,看下面这个例子:

functionprintAll(strs:string|string[] |null) {if(typeofstrs ==="object") {for(constsofstrs) {// Object is possibly 'null'.console.log(s);    }  }elseif(typeofstrs ==="string") {console.log(strs);  }else{// do nothing}}

在这个 printAll 函数中,我们尝试判断 strs 是否是一个对象,原本的目的是判断它是否是一个数组类型,但是在 JavaScript 中,typeof null 也会返回 object。而这是 JavaScript 一个不幸的历史事故。

熟练的用户自然不会感到惊讶,但也并不是所有人都如此熟练。不过幸运的是,TypeScript 会让我们知道 strs 被收窄为 strings[] | null ,而不仅仅是 string[]。

真值收窄(Truthiness narrowing)

在 JavaScript 中,我们可以在条件语句中使用任何表达式,比如 && 、||、! 等,举个例子,像 if 语句就不需要条件的结果总是 boolean 类型

functiongetUsersOnlineMessage(numUsersOnline:number) {if(numUsersOnline) {return`There are${numUsersOnline}online now!`;  }return"Nobody's here. :(";}

这是因为 JavaScript 会做隐式类型转换,像 0 、NaN、""、0n、null undefined 这些值都会被转为 false,其他的值则会被转为 true。

当然你也可以使用 Boolean 函数强制转为 boolean 值,或者使用更加简短的!!:

// both of these result in 'true'Boolean("hello");// type: boolean, value: true!!"world";// type: true,    value: true

这种使用方式非常流行,尤其适用于防范 null和 undefiend 这种值的时候。举个例子,我们可以在 printAll 函数中这样使用:

functionprintAll(strs:string|string[] |null) {if(strs &&typeofstrs ==="object") {for(constsofstrs) {console.log(s);    }  }elseif(typeofstrs ==="string") {console.log(strs);  }}

可以看到通过这种方式,成功的去除了错误。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/432965911

https://zhuanlan.zhihu.com/p/432966586

https://zhuanlan.zhihu.com/p/432969442

https://zhuanlan.zhihu.com/p/432970841

https://zhuanlan.zhihu.com/p/432971528

https://zhuanlan.zhihu.com/p/432973353

但还是要注意,在基本类型上的真值检查很容易导致错误,比如,如果我们这样写 printAll 函数:

functionprintAll(strs:string|string[] |null) {// !!!!!!!!!!!!!!!!//  DON'T DO THIS!//  KEEP READING// !!!!!!!!!!!!!!!!if(strs) {if(typeofstrs ==="object") {for(constsofstrs) {console.log(s);      }    }elseif(typeofstrs ==="string") {console.log(strs);    }  }}

我们把原本函数体的内容包裹在一个 if (strs) 真值检查里,这里有一个问题,就是我们无法正确处理空字符串的情况。如果传入的是空字符串,真值检查判断为 false,就会进入错误的处理分支。

如果你不熟悉 JavaScript ,你应该注意这种情况。

另外一个通过真值检查收窄类型的方式是通过!操作符。

functionmultiplyAll(values:number[] |undefined,  factor:number):number[] |undefined{if(!values) {returnvalues;// (parameter) values: undefined}else{returnvalues.map((x) =>x * factor);// (parameter) values: number[]}}

等值收窄(Equality narrowing)

Typescript 也会使用 switch 语句和等值检查比如 == !== == != 去收窄类型。比如:

在这个例子中,我们判断了 x 和 y 是否完全相等,如果完全相等,那他们的类型肯定也完全相等。而 string 类型就是 x 和 y 唯一可能的相同类型。所以在第一个分支里,x 和 y 就一定是 string 类型。

判断具体的字面量值也能让 TypeScript 正确的判断类型。在上一节真值收窄中,我们写下了一个没有正确处理空字符串情况的 printAll 函数,现在我们可以使用一个更具体的判断来排除掉 null 的情况:

JavaScript 的宽松相等操作符如 == 和 != 也可以正确的收窄。在 JavaScript 中,通过 == null 这种方式并不能准确的判断出这个值就是 null,它也有可能是 undefined 。对 == undefined 也是一样,不过利用这点,我们可以方便的判断一个值既不是 null 也不是 undefined:

in 操作符收窄

JavaScript 中有一个 in 操作符可以判断一个对象是否有对应的属性名。TypeScript 也可以通过这个收窄类型。

举个例子,在 "value" in x 中,"value" 是一个字符串字面量,而 x 是一个联合类型:

typeFish= {swim:() =>void};typeBird= {fly:() =>void};functionmove(animal: Fish | Bird) {if("swim"inanimal) {returnanimal.swim();// (parameter) animal: Fish}returnanimal.fly();// (parameter) animal: Bird}

通过 "swim" in animal ,我们可以准确的进行类型收窄。

而如果有可选属性,比如一个人类既可以 swim 也可以 fly (借助装备),也能正确的显示出来:

typeFish= {swim:() =>void};typeBird= {fly:() =>void};typeHuman= { swim?:() =>void; fly?:() =>void};functionmove(animal: Fish | Bird | Human) {if("swim"inanimal) {    animal;// (parameter) animal: Fish | Human}else{    animal;// (parameter) animal: Bird | Human}}

instanceof 收窄

instanceof 也是一种类型保护,TypeScript 也可以通过识别 instanceof 正确的类型收窄:

赋值语句(Assignments)

TypeScript 可以根据赋值语句的右值,正确的收窄左值。

注意这些赋值语句都有有效的,即便我们已经将 x 改为 number 类型,但我们依然可以将其更改为 string 类型,这是因为 x 最初的声明为 string | number,赋值的时候只会根据正式的声明进行核对。

所以如果我们把 x 赋值给一个 boolean 类型,就会报错:

控制流分析(Control flow analysis)

至此我们已经讲了 TypeScript 中一些基础的收窄类型的例子,现在我们看看在 if while等条件控制语句中的类型保护,举个例子:

functionpadLeft(padding:number|string, input:string) {if(typeofpadding ==="number") {returnnewArray(padding +1).join(" ") + input;  }returnpadding + input;}

在第一个 if 语句里,因为有 return 语句,TypeScript 就能通过代码分析,判断出在剩余的部分 return padding + input ,如果 padding 是 number 类型,是无法达到 (unreachable) 这里的,所以在剩余的部分,就会将 number类型从 number | string 类型中删除掉。

这种基于可达性(reachability) 的代码分析就叫做控制流分析(control flow analysis)。在遇到类型保护和赋值语句的时候,TypeScript 就是使用这样的方式收窄类型。而使用这种方式,一个变量可以被观察到变为不同的类型:

类型判断式(type predicates)

在有的文档里, type predicates 会被翻译为类型谓词。考虑到 predicate 作为动词还有表明、声明、断言的意思,区分于类型断言(Type Assertion),这里我就索性翻译成类型判断式。

如果引用这段解释:

In mathematics, a predicate is commonly understood to be a Boolean-valued function_ P_: _X_→ {true, false}, called the predicate on _X_.

所谓 predicate 就是一个返回 boolean 值的函数。

那我们接着往下看。

如果你想直接通过代码控制类型的改变, 你可以自定义一个类型保护。实现方式是定义一个函数,这个函数返回的类型是类型判断式,示例如下:

functionisFish(pet: Fish | Bird): pet isFish{return(petasFish).swim!==undefined;}

在这个例子中,pet is Fish就是我们的类型判断式,一个类型判断式采用 parameterName is Type的形式,但 parameterName 必须是当前函数的参数名。

当 isFish 被传入变量进行调用,TypeScript 就可以将这个变量收窄到更具体的类型:

// Both calls to 'swim' and 'fly' are now okay.letpet =getSmallPet();if(isFish(pet)) {  pet.swim();// let pet: Fish}else{  pet.fly();// let pet: Bird}

注意这里,TypeScript 并不仅仅知道 if 语句里的 pet 是 Fish 类型,也知道在 else 分支里,pet 是 Bird 类型,毕竟 pet 就两个可能的类型。

你也可以用 isFish 在 Fish | Bird 的数组中,筛选获取只有 Fish 类型的数组:

constzoo: (Fish|Bird)[] = [getSmallPet(),getSmallPet(),getSmallPet()];constunderWater1:Fish[] = zoo.filter(isFish);// or, equivalentlyconstunderWater2:Fish[] = zoo.filter(isFish)asFish[];// 在更复杂的例子中,判断式可能需要重复写constunderWater3:Fish[] = zoo.filter((pet): pet isFish=> {if(pet.name==="sharkey")returnfalse;returnisFish(pet);});

可辨别联合(Discriminated unions)

让我们试想有这样一个处理 Shape (比如 Circles、Squares )的函数,Circles 会记录它的半径属性,Squares 会记录它的边长属性,我们使用一个 kind 字段来区分判断处理的是 Circles 还是 Squares,这是初始的 Shape 定义:

interfaceShape {kind:"circle"|"square";  radius?:number;  sideLength?:number;}

注意这里我们使用了一个联合类型,"circle" | "square" ,使用这种方式,而不是一个 string,我们可以避免一些拼写错误的情况:

functionhandleShape(shape: Shape) {// oops!if(shape.kind==="rect") {// This condition will always return 'false' since the types '"circle" | "square"' and '"rect"' have no overlap.// ...}}

现在我们写一个获取面积的 getArea 函数,而圆和正方形的计算面积的方式有所不同,我们先处理一下是 Circle 的情况:

functiongetArea(shape: Shape) {returnMath.PI* shape.radius**2;// 圆的面积公式 S=πr²// Object is possibly 'undefined'.}

在 strictNullChecks 模式下,TypeScript 会报错,毕竟 radius 的值确实可能是 undefined,那如果我们根据 kind 判断一下呢?

functiongetArea(shape: Shape) {if(shape.kind==="circle") {returnMath.PI* shape.radius**2;// Object is possibly 'undefined'.}}

你会发现,TypeScript 依然在报错,即便我们判断 kind 是 circle 的情况,但由于 radius 是一个可选属性,TypeScript 依然会认为 radius 可能是 undefined。

我们可以尝试用一个非空断言 (non-null assertion), 即在 shape.radius 加一个 ! 来表示 radius 是一定存在的。

functiongetArea(shape: Shape) {if(shape.kind==="circle") {returnMath.PI* shape.radius! **2;  }}

但这并不是一个好方法,我们不得不用一个非空断言来让类型检查器确信此时 shape.raidus 是存在的,我们在 radius 定义的时候将其设为可选属性,但又在这里将其认为一定存在,前后语义也是不符合的。所以让我们想想如何才能更好的定义。

此时 Shape的问题在于类型检查器并没有方法根据 kind 属性判断 radius 和 sideLength 属性是否存在,而这点正是我们需要告诉类型检查器的,所以我们可以这样定义 Shape:

interfaceCircle {kind:"circle";radius:number;}interfaceSquare {kind:"square";sideLength:number;}typeShape=Circle|Square;

在这里,我们把 Shape 根据 kind 属性分成两个不同的类型,radius 和 sideLength 在各自的类型中被定义为 required。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/432955990

https://zhuanlan.zhihu.com/p/432957536

https://zhuanlan.zhihu.com/p/432958420

https://zhuanlan.zhihu.com/p/432962330

https://zhuanlan.zhihu.com/p/432963856

让我们看看如果直接获取 radius 会发生什么?

functiongetArea(shape: Shape) {returnMath.PI* shape.radius**2;Property'radius'does not exist ontype'Shape'.Property'radius'does not exist ontype'Square'.}

就像我们第一次定义 Shape 那样,依然有错误。

当最一开始定义 radius 是 optional 的时候,我们会得到一个报错 (strickNullChecks 模式下),因为 TypeScript 并不能判断出这个属性是一定存在的。

而现在报错,是因为 Shape 是一个联合类型,TypeScript 可以识别出 shape 也可能是一个 Square,而 Square 并没有 radius,所以会报错。

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