# TypeScript 的类型断言

## 简介

对于没有类型声明的值，TypeScript 会进行类型推断，很多时候得到的结果，未必是开发者想要的。

```typescript
type T = 'a'|'b'|'c';
let foo = 'a';

let bar:T = foo; // 报错
```

上面示例中，最后一行报错，原因是 TypeScript 推断变量`foo`的类型是`string`，而变量`bar`的类型是`'a'|'b'|'c'`，前者是后者的父类型。父类型不能赋值给子类型，所以就报错了。

TypeScript 提供了“类型断言”这样一种手段，允许开发者在代码中“断言”某个值的类型，告诉编译器此处的值是什么类型。TypeScript 一旦发现存在类型断言，就不再对该值进行类型推断，而是直接采用断言给出的类型。

这种做法的实质是，允许开发者在某个位置“绕过”编译器的类型推断，让本来通不过类型检查的代码能够通过，避免编译器报错。这样虽然削弱了 TypeScript 类型系统的严格性，但是为开发者带来了方便，毕竟开发者比编译器更了解自己的代码。

回到上面的例子，解决方法就是进行类型断言，在赋值时断言变量`foo`的类型。

```typescript
type T = 'a'|'b'|'c';

let foo = 'a';
let bar:T = foo as T; // 正确
```

上面示例中，最后一行的`foo as T`表示告诉编译器，变量`foo`的类型断言为`T`，所以这一行不再需要类型推断了，编译器直接把`foo`的类型当作`T`，就不会报错了。

总之，类型断言并不是真的改变一个值的类型，而是提示编译器，应该如何处理这个值。

类型断言有两种语法。

```typescript
// 语法一：<类型>值
<Type>value

// 语法二：值 as 类型
value as Type
```

上面两种语法是等价的，`value`表示值，`Type`表示类型。早期只有语法一，后来因为 TypeScript 开始支持 React 的 JSX 语法（尖括号表示 HTML 元素），为了避免两者冲突，就引入了语法二。目前，推荐使用语法二。

```typescript
// 语法一
let bar:T = <T>foo;

// 语法二
let bar:T = foo as T;
```

上面示例是两种类型断言的语法，其中的语法一因为跟 JSX 语法冲突，使用时必须关闭 TypeScript 的 React 支持，否则会无法识别。由于这个原因，现在一般都使用语法二。

下面看一个例子。《对象》一章提到过，对象类型有严格字面量检查，如果存在额外的属性会报错。

```typescript
// 报错
const p:{ x: number } = { x: 0, y: 0 };
```

上面示例中，等号右侧是一个对象字面量，多出了属性`y`，导致报错。解决方法就是使用类型断言，可以用两种不同的断言。

```typescript
// 正确
const p0:{ x: number } =
  { x: 0, y: 0 } as { x: number };

// 正确
const p1:{ x: number } =
  { x: 0, y: 0 } as { x: number; y: number };
```

上面示例中，两种类型断言都是正确的。第一种断言将类型改成与等号左边一致，第二种断言使得等号右边的类型是左边类型的子类型，子类型可以赋值给父类型，同时因为存在类型断言，就没有严格字面量检查了，所以不报错。

下面是一个网页编程的实际例子。

```typescript
const username = document.getElementById('username');

if (username) {
  (username as HTMLInputElement).value; // 正确
}
```

上面示例中，变量`username`的类型是`HTMLElement | null`，排除了`null`的情况以后，HTMLElement 类型是没有`value`属性的。如果`username`是一个输入框，那么就可以通过类型断言，将它的类型改成`HTMLInputElement`，就可以读取`value`属性。

注意，上例的类型断言的圆括号是必需的，否则`username`会被断言成`HTMLInputElement.value`，从而报错。

类型断言不应滥用，因为它改变了 TypeScript 的类型检查，很可能埋下错误的隐患。

```typescript
const data:object = {
  a: 1,
  b: 2,
  c: 3
};

data.length; // 报错

(data as Array<string>).length; // 正确
```

上面示例中，变量`data`是一个对象，没有`length`属性。但是通过类型断言，可以将它的类型断言为数组，这样使用`length`属性就能通过类型检查。但是，编译后的代码在运行时依然会报错，所以类型断言可以让错误的代码通过编译。

类型断言的一大用处是，指定 unknown 类型的变量的具体类型。

```typescript
const value:unknown = 'Hello World';

const s1:string = value; // 报错
const s2:string = value as string; // 正确
```

上面示例中，unknown 类型的变量`value`不能直接赋值给其他类型的变量，但是可以将它断言为其他类型，这样就可以赋值给别的变量了。

## 类型断言的条件

类型断言并不意味着，可以把某个值断言为任意类型。

```typescript
const n = 1;
const m:string = n as string; // 报错
```

上面示例中，变量`n`是数值，无法把它断言成字符串，TypeScript 会报错。

类型断言的使用前提是，值的实际类型与断言的类型必须满足一个条件。

```typescript
expr as T
```

上面代码中，`expr`是实际的值，`T`是类型断言，它们必须满足下面的条件：`expr`是`T`的子类型，或者`T`是`expr`的子类型。

也就是说，类型断言要求实际的类型与断言的类型兼容，实际类型可以断言为一个更加宽泛的类型（父类型），也可以断言为一个更加精确的类型（子类型），但不能断言为一个完全无关的类型。

但是，如果真的要断言成一个完全无关的类型，也是可以做到的。那就是连续进行两次类型断言，先断言成 unknown 类型或 any 类型，然后再断言为目标类型。因为`any`类型和`unknown`类型是所有其他类型的父类型，所以可以作为两种完全无关的类型的中介。

```typescript
// 或者写成 <T><unknown>expr
expr as unknown as T
```

上面代码中，`expr`连续进行了两次类型断言，第一次断言为`unknown`类型，第二次断言为`T`类型。这样的话，`expr`就可以断言成任意类型`T`，而不报错。

下面是本小节开头那个例子的改写。

```typescript
const n = 1;
const m:string = n as unknown as string; // 正确
```

上面示例中，通过两次类型断言，变量`n`的类型就从数值，变成了完全无关的字符串，从而赋值时不会报错。

## as const 断言

如果没有声明变量类型，let 命令声明的变量，会被类型推断为 TypeScript 内置的基本类型之一；const 命令声明的变量，则被推断为值类型常量。

```typescript
// 类型推断为基本类型 string
let s1 = 'JavaScript';

// 类型推断为字符串 “JavaScript”
const s2 = 'JavaScript';
```

上面示例中，变量`s1`的类型被推断为`string`，变量`s2`的类型推断为值类型`JavaScript`。后者是前者的子类型，相当于 const 命令有更强的限定作用，可以缩小变量的类型范围。

有些时候，let 变量会出现一些意想不到的报错，变更成 const 变量就能消除报错。

```typescript
let s = 'JavaScript';

type Lang =
  |'JavaScript'
  |'TypeScript'
  |'Python';

function setLang(language:Lang) {
  /* ... */
}

setLang(s); // 报错
```

上面示例中，最后一行报错，原因是函数`setLang()`的参数`language`类型是`Lang`，这是一个联合类型。但是，传入的字符串`s`的类型被推断为`string`，属于`Lang`的父类型。父类型不能替代子类型，导致报错。

一种解决方法就是把 let 命令改成 const 命令。

```typescript
const s = 'JavaScript';
```

这样的话，变量`s`的类型就是值类型`JavaScript`，它是联合类型`Lang`的子类型，传入函数`setLang()`就不会报错。

另一种解决方法是使用类型断言。TypeScript 提供了一种特殊的类型断言`as const`，用于告诉编译器，推断类型时，可以将这个值推断为常量，即把 let 变量断言为 const 变量，从而把内置的基本类型变更为值类型。

```typescript
let s = 'JavaScript' as const;
setLang(s);  // 正确
```

上面示例中，变量`s`虽然是用 let 命令声明的，但是使用了`as const`断言以后，就等同于是用 const 命令声明的，变量`s`的类型会被推断为值类型`JavaScript`。

使用了`as const`断言以后，let 变量就不能再改变值了。

```typescript
let s = 'JavaScript' as const;
s = 'Python'; // 报错
```

上面示例中，let 命令声明的变量`s`，使用`as const`断言以后，就不能改变值了，否则报错。

注意，`as const`断言只能用于字面量，不能用于变量。

```typescript
let s = 'JavaScript';
setLang(s as const); // 报错
```

上面示例中，`as const`断言用于变量`s`，就报错了。下面的写法可以更清晰地看出这一点。

```typescript
let s1 = 'JavaScript';
let s2 = s1 as const; // 报错
```

另外，`as const`也不能用于表达式。

```typescript
let s = ('Java' + 'Script') as const; // 报错
```

上面示例中，`as const`用于表达式，导致报错。

`as const`也可以写成前置的形式。

```typescript
// 后置形式
expr as const

// 前置形式
<const>expr
```

`as const`断言可以用于整个对象，也可以用于对象的单个属性，这时它的类型缩小效果是不一样的。

```typescript
const v1 = {
  x: 1,
  y: 2,
}; // 类型是 { x: number; y: number; }

const v2 = {
  x: 1 as const,
  y: 2,
}; // 类型是 { x: 1; y: number; }

const v3 = {
  x: 1,
  y: 2,
} as const; // 类型是 { readonly x: 1; readonly y: 2; }
```

上面示例中，第二种写法是对属性`x`缩小类型，第三种写法是对整个对象缩小类型。

总之，`as const`会将字面量的类型断言为不可变类型，缩小成 TypeScript 允许的最小类型。

下面是数组的例子。

```typescript
// a1 的类型推断为 number[]
const a1 = [1, 2, 3];

// a2 的类型推断为 readonly [1, 2, 3]
const a2 = [1, 2, 3] as const;
```

上面示例中，数组字面量使用`as const`断言后，类型推断就变成了只读元组。

由于`as const`会将数组变成只读元组，所以很适合用于函数的 rest 参数。

```typescript
function add(x:number, y:number) {
  return x + y;
}

const nums = [1, 2];
const total = add(...nums); // 报错
```

上面示例中，变量`nums`的类型推断为`number[]`，导致使用扩展运算符`...`传入函数`add()`会报错，因为`add()`只能接受两个参数，而`...nums`并不能保证参数的个数。

事实上，对于固定参数个数的函数，如果传入的参数包含扩展运算符，那么扩展运算符只能用于元组。只有当函数定义使用了 rest 参数，扩展运算符才能用于数组。

解决方法就是使用`as const`断言，将数组变成元组。

```typescript
const nums = [1, 2] as const;
const total = add(...nums); // 正确
```

上面示例中，使用`as const`断言后，变量`nums`的类型会被推断为`readonly [1, 2]`，使用扩展运算符展开后，正好符合函数`add()`的参数类型。

Enum 成员也可以使用`as const`断言。

```typescript
enum Foo {
  X,
  Y,
}
let e1 = Foo.X;            // Foo
let e2 = Foo.X as const;   // Foo.X
```

上面示例中，如果不使用`as const`断言，变量`e1`的类型被推断为整个 Enum 类型；使用了`as const`断言以后，变量`e2`的类型被推断为 Enum 的某个成员，这意味着它不能变更为其他成员。

## 非空断言

对于那些可能为空的变量（即可能等于`undefined`或`null`），TypeScript 提供了非空断言，保证这些变量不会为空，写法是在变量名后面加上感叹号`!`。

```typescript
function f(x?:number|null) {
  validateNumber(x); // 自定义函数，确保 x 是数值
  console.log(x!.toFixed());
}

function validateNumber(e?:number|null) {
  if (typeof e !== 'number')
    throw new Error('Not a number');
}
```

上面示例中，函数`f()`的参数`x`的类型是`number|null`，即可能为空。如果为空，就不存在`x.toFixed()`方法，这样写会报错。但是，开发者可以确认，经过`validateNumber()`的前置检验，变量`x`肯定不会为空，这时就可以使用非空断言，为函数体内部的变量`x`加上后缀`!`，`x!.toFixed()`编译就不会报错了。

非空断言在实际编程中很有用，有时可以省去一些额外的判断。

```typescript
const root = document.getElementById('root');

// 报错
root.addEventListener('click', e => {
  /* ... */
});
```

上面示例中，`getElementById()`有可能返回空值`null`，即变量`root`可能为空，这时对它调用`addEventListener()`方法就会报错，通不过编译。但是，开发者如果可以确认`root`元素肯定会在网页中存在，这时就可以使用非空断言。

```typescript
const root = document.getElementById('root')!;
```

上面示例中，`getElementById()`方法加上后缀`!`，表示这个方法肯定返回非空结果。

不过，非空断言会造成安全隐患，只有在确定一个表达式的值不为空时才能使用。比较保险的做法还是手动检查一下是否为空。

```typescript
const root = document.getElementById('root');

if (root === null) {
  throw new Error('Unable to find DOM element #root');
}

root.addEventListener('click', e => {
  /* ... */
});
```

上面示例中，如果`root`为空会抛错，比非空断言更保险一点。

非空断言还可以用于赋值断言。TypeScript 有一个编译设置，要求类的属性必须初始化（即有初始值），如果不对属性赋值就会报错。

```typescript
class Point {
  x:number; // 报错
  y:number; // 报错

  constructor(x:number, y:number) {
    // ...
  }
}
```

上面示例中，属性`x`和`y`会报错，因为 TypeScript 认为它们没有初始化。

这时就可以使用非空断言，表示这两个属性肯定会有值，这样就不会报错了。

```typescript
class Point {
  x!:number; // 正确
  y!:number; // 正确

  constructor(x:number, y:number) {
    // ...
  }
}
```

另外，非空断言只有在打开编译选项`strictNullChecks`时才有意义。如果不打开这个选项，编译器就不会检查某个变量是否可能为`undefined`或`null`。

## 断言函数

断言函数是一种特殊函数，用于保证函数参数符合某种类型。如果函数参数达不到要求，就会抛出错误，中断程序执行；如果达到要求，就不进行任何操作，让代码按照正常流程运行。

```typescript
function isString(value:unknown):void {
  if (typeof value !== 'string')
    throw new Error('Not a string');
}
```

上面示例中，函数`isString()`就是一个断言函数，用来保证参数`value`是一个字符串，否则就会抛出错误，中断程序的执行。

下面是它的用法。

```typescript
function toUpper(x: string|number) {
  isString(x);
  return x.toUpperCase();
}
```

上面示例中，函数`toUpper()`的参数`x`，可能是字符串，也可能是数值。但是，函数体的最后一行调用`toUpperCase()`方法，必须保证`x`是字符串，否则报错。所以，这一行前面调用断言函数`isString()`，调用以后 TypeScript 就能确定，变量`x`一定是字符串，不是数值，也就不报错了。

传统的断言函数`isString()`的写法有一个缺点，它的参数类型是`unknown`，返回值类型是`void`（即没有返回值）。单单从这样的类型声明，很难看出`isString()`是一个断言函数。

为了更清晰地表达断言函数，TypeScript 3.7 引入了新的类型写法。

```typescript
function isString(value:unknown):asserts value is string {
  if (typeof value !== 'string')
    throw new Error('Not a string');
}
```

上面示例中，函数`isString()`的返回值类型写成`asserts value is string`，其中`asserts`和`is`都是关键词，`value`是函数的参数名，`string`是函数参数的预期类型。它的意思是，该函数用来断言参数`value`的类型是`string`，如果达不到要求，程序就会在这里中断。

使用了断言函数的新写法以后，TypeScript 就会自动识别，只要执行了该函数，对应的变量都为断言的类型。

注意，函数返回值的断言写法，只是用来更清晰地表达函数意图，真正的检查是需要开发者自己部署的。而且，如果内部的检查与断言不一致，TypeScript 也不会报错。

```typescript
function isString(value:unknown):asserts value is string {
  if (typeof value !== 'number')
    throw new Error('Not a number');
}
```

上面示例中，函数的断言是参数`value`类型为字符串，但是实际上，内部检查的却是它是否为数值，如果不是就抛错。这段代码能够正常通过编译，表示 TypeScript 并不会检查断言与实际的类型检查是否一致。

另外，断言函数的`asserts`语句等同于`void`类型，所以如果返回除了`undefined`和`null`以外的值，都会报错。

```typescript
function isString(value:unknown):asserts value is string {
  if (typeof value !== 'string')
    throw new Error('Not a string');
  return true; // 报错
}
```

上面示例中，断言函数返回了`true`，导致报错。

下面是另一个例子。

```typescript
type AccessLevel = 'r' | 'w' | 'rw';

function allowsReadAccess(
  level:AccessLevel
):asserts level is 'r' | 'rw' {
  if (!level.includes('r'))
    throw new Error('Read not allowed');
}
```

上面示例中，函数`allowsReadAccess()`用来断言参数`level`一定等于`r`或`rw`。

如果要断言参数非空，可以使用工具类型`NonNullable<T>`。

```typescript
function assertIsDefined<T>(
  value:T
):asserts value is NonNullable<T> {
  if (value === undefined || value === null) {
    throw new Error(`${value} is not defined`)
  }
}
```

上面示例中，工具类型`NonNullable<T>`对应类型`T`去除空类型后的剩余类型。

如果要将断言函数用于函数表达式，可以采用下面的写法。

```typescript
// 写法一
const assertIsNumber = (
  value:unknown
):asserts value is number => {
  if (typeof value !== 'number')
    throw Error('Not a number');
};

// 写法二
type AssertIsNumber =
  (value:unknown) => asserts value is number;

const assertIsNumber:AssertIsNumber = (value) => {
  if (typeof value !== 'number')
    throw Error('Not a number');
};
```

注意，断言函数与类型保护函数（type guard）是两种不同的函数。它们的区别是，断言函数不返回值，而类型保护函数总是返回一个布尔值。

```typescript
function isString(
  value:unknown
):value is string {
  return typeof value === 'string';
}
```

上面示例就是一个类型保护函数`isString()`，作用是检查参数`value`是否为字符串。如果是的，返回`true`，否则返回`false`。该函数的返回值类型是`value is string`，其中的`is`是一个类型运算符，如果左侧的值符合右侧的类型，则返回`true`，否则返回`false`。

如果要断言某个参数保证为真（即不等于`false`、`undefined`和`null`），TypeScript 提供了断言函数的一种简写形式。

```typescript
function assert(x:unknown):asserts x {
  // ...
}
```

上面示例中，函数`assert()`的断言部分，`asserts x`省略了谓语和宾语，表示参数`x`保证为真（`true`）。

同样的，参数为真的实际检查需要开发者自己实现。

```typescript
function assert(x:unknown):asserts x {
  if (!x) {
    throw new Error(`${x} should be a truthy value.`);
  }
}
```

这种断言函数的简写形式，通常用来检查某个操作是否成功。

```typescript
type Person = {
  name: string;
  email?: string;
};

function loadPerson(): Person | null {
  return null;
}

let person = loadPerson();

function assert(
  condition: unknown,
  message: string
):asserts condition {
  if (!condition) throw new Error(message);
}

// Error: Person is not defined
assert(person, 'Person is not defined'); 
console.log(person.name);
```

上面示例中，只有`loadPerson()`返回结果为真（即操作成功），`assert()`才不会报错。

## 参考链接

- [Const Assertions in Literal Expressions in TypeScript](https://mariusschulz.com/blog/const-assertions-in-literal-expressions-in-typescript), Marius Schulz
- [Assertion Functions in TypeScript](https://mariusschulz.com/blog/assertion-functions-in-typescript), Marius Schulz
- [Assertion functions in TypeScript](https://blog.logrocket.com/assertion-functions-typescript/), Matteo Di Pirro