# 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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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）。

```typescript
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）。

```typescript
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`。

```typescript
// 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`。

```typescript
// 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。

```javascript
'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。

```javascript
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。

```javascript
'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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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`。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
// 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。

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

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

```typescript
// 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。

```typescript
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”。

```typescript
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。

```typescript
// 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。

```typescript
// 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。

```typescript
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。

```typescript
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）。

```typescript
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`。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```javascript
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。

```javascript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。

```typescript
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。