类型体操的9种类型运算、4种类型套路总结

湛蓝之海

今天给大家分享的主题是一起来做类型体操。
主要分为 4 个部分进行介绍：

类型体操的背景，通过背景了解为什么要在项目中加入类型体操；
了解类型体操的主要类型、运算逻辑、和类型套路；
类型体操实践，解析 TypeScript 内置高级类型，手写 ParseQueryString 复杂类型；
小结，综上分享，沉淀结论。

一、背景—
在背景章节介绍的是什么是类型，什么是类型安全，怎么实现类型安全，什么是类型体操？
以了解类型体操的意义。
1. 什么是类型？
了解什么是类型之前，先来介绍两个概念：

不同类型变量占据的内存大小不同

boolean 类型的变量会分配 4 个字节的内存，而 number 类型的变量则会分配 8 个字节的内存，给变量声明了不同的类型就代表了会占据不同的内存空间。

不同类型变量可做的操作不同

number 类型可以做加减乘除等运算，boolean 就不可以，复合类型中不同类型的对象可用的方法不同，比如 Date 和 RegExp，变量的类型不同代表可以对该变量做的操作就不同。
综上，可以得到一个简单的结论就是，类型就是编程语言提供对不同内容的抽象定义。
2. 什么是类型安全？
了解了类型的概念后，那么，什么是类型安全呢？
一个简单的定义就是，类型安全就是只做该类型允许的操作。比如对于 boolean 类型，不允许加减乘除运算，只允许赋值 true、false。
当我们能做到类型安全时，可以大量的减少代码中潜在的问题，大量提高代码质量。
3. 怎么实现类型安全？
那么，怎么做到类型安全？
这里介绍两种类型检查机制，分别是动态类型检查和静态类型检查。
3.1 动态类型检查
Javascript 就是典型的动态类型检查，它在编译时，没有类型信息，到运行时才检查，导致很多隐藏 bug。

3.2 静态类型检查
TypeScript 作为 Javascript 的超集，采用的是静态类型检查，在编译时就有类型信息，检查类型问题，减少运行时的潜在问题。

4. 什么是类型体操
上面介绍了类型的一些定义，都是大家熟悉的一些关于类型的背景介绍，这一章节回归到本次分享的主题概念，类型体操。
了解类型体操前，先介绍 3 种类型系统。
4.1 简单类型系统
简单类型系统，它只基于声明的类型做检查，比如一个加法函数，可以加整数也可以加小数，但在简单类型系统中，需要声明 2 个函数来做这件事情。

int add(int a, int b) {
  return a + b
}
double add(double a, double b) {
  return a + b
}

4.2 泛型类型系统
泛型类型系统，它支持类型参数，通过给参数传参，可以动态定义类型，让类型更加灵活。

T add<T>(T a, T b) {
  return a + b
}
add(1, 2)
add(1.1, 2.2)

但是在一些需要类型参数逻辑运算的场景就不适用了，比如一个返回对象某个属性值的函数类型。

function getPropValue<T>(obj: T, key) {
  return obj[key]
}

4.3 类型编程系统
类型编程系统，它不仅支持类型参数，还能给类型参数做各种逻辑运算，比如上面提到的返回对象某个属性值的函数类型，可以通过 keyof、T[K] 来逻辑运算得到函数类型。

function getPropValue<
  T extends object, 
  Key extends keyof T
>(obj: T, key: Key): T[Key] {
  return obj[key]
}

总结上述，类型体操就是类型编程，对类型参数做各种逻辑运算，以产生新的类型。
之所以称之为体操，是因为它的复杂度，右侧是一个解析参数的函数类型，里面用到了很多复杂的逻辑运算，等先介绍了类型编程的运算方法后，再来解析这个类型的实现。
二、了解类型体操—
熟悉完类型体操的概念后，再来继续了解类型体操有哪些类型，支持哪些运算逻辑，有哪些运算套路。
1. 有哪些类型
类型体操的主要类型列举在图中。TypeScript 复用了 JS 的基础类型和复合类型，并新增元组（Tuple）、接口（Interface）、枚举（Enum）等类型，这些类型在日常开发过程中类型声明应该都很常用，不做赘述。

// 元组（Tuple）就是元素个数和类型固定的数组类型
type Tuple = [number, string];
// 接口（Interface）可以描述函数、对象、构造器的结构：
interface IPerson {
  name: string;
  age: number;
}
class Person implements IPerson {
  name: string;
  age: number;
}
const obj: IPerson = {
  name: 'aa',
  age: 18
}
// 枚举（Enum）是一系列值的复合：
enum Transpiler {
  Babel = 'babel',
  Postcss = 'postcss',
  Terser = 'terser',
  Prettier = 'prettier',
  TypeScriptCompiler = 'tsc'
}
const transpiler = Transpiler.TypeScriptCompiler;

2. 运算逻辑
重点介绍的是类型编程支持的运算逻辑。
TypeScript 支持条件、推导、联合、交叉、对联合类型做映射等 9 种运算逻辑。

条件：T extends U ? X : Y

条件判断和 js 逻辑相同，都是如果满足条件就返回 a 否则返回 b。

// 条件：extends ? :
// 如果 T 是 2 的子类型，那么类型是 true，否则类型是 false。
type isTwo<T> = T extends 2 ? true : false;
// false
type res = isTwo<1>;

约束：extends

通过约束语法 extends 限制类型。

// 通过 T extends Length 约束了 T 的类型，必须是包含 length 属性，且 length 的类型必须是 number。
interface Length {
  length: number
}
function fn1<T extends Length>(arg: T): number{
  return arg.length
}

推导：infer

推导则是类似 js 的正则匹配，都满足公式条件时，可以提取公式中的变量，直接返回或者再次加工都可以。

// 推导：infer
// 提取元组类型的第一个元素：
// extends 约束类型参数只能是数组类型，因为不知道数组元素的具体类型，所以用 unknown。
// extends 判断类型参数 T 是不是 [infer F, ...infer R] 的子类型，如果是就返回 F 变量，如果不是就不返回
type First<T extends unknown[]> = T extends [infer F, ...infer R] ? F : never;
// 1
type res2 = First<[1, 2, 3]>;

联合：|

联合代表可以是几个类型之一。

type Union = 1 | 2 | 3

交叉：&

交叉代表对类型做合并。

type ObjType = { a: number } & { c: boolean }

索引查询：keyof T

keyof 用于获取某种类型的所有键，其返回值是联合类型。

// const a: 'name' | 'age' = 'name'
const a: keyof {
  name: string,
  age: number
} = 'name'

索引访问：T[K]

T[K] 用于访问索引，得到索引对应的值的联合类型。

interface I3 {
  name: string,
  age: number
}
type T6 = I3[keyof I3] // string | number

索引遍历： in

in 用于遍历联合类型。

const obj = {
  name: 'tj',
  age: 11
}
type T5 = {
  [P in keyof typeof obj]: any
}
/*
{
  name: any,
  age: any
}
*/

索引重映射： as

as 用于修改映射类型的 key。

// 通过索引查询 keyof，索引访问 t[k]，索引遍历 in，索引重映射 as，返回全新的 key、value 构成的新的映射类型
type MapType<T> = {
  [
  Key in keyof T
  as `${Key & string}${Key & string}${Key & string}`
  ]: [T[Key], T[Key], T[Key]]
}
// {
//   aaa: [1, 1, 1];
//   bbb: [2, 2, 2];
// }
type res3 = MapType<{ a: 1, b: 2 }>

3. 运算套路
根据上面介绍的 9 种运算逻辑，我总结了 4 个类型套路。

模式匹配做提取；
重新构造做变换；
递归复用做循环；
数组长度做计数。

3.1 模式匹配做提取
第一个类型套路是模式匹配做提取。
模式匹配做提取的意思是通过类型 extends 一个模式类型，把需要提取的部分放到通过 infer 声明的局部变量里。
举个例子，用模式匹配提取函数参数类型。

type GetParameters<Func extends Function> =
  Func extends (...args: infer Args) => unknown ? Args : never;
type ParametersResult = GetParameters<(name: string, age: number) => string>

首先用 extends 限制类型参数必须是 Function 类型。
然后用 extends 为参数类型匹配公式，当满足公式时，提取公式中的变量 Args。
实现函数参数类型的提取。
3.2 重新构造做变换
第二个类型套路是重新构造做变换。
重新构造做变换的意思是想要变化就需要重新构造新的类型，并且可以在构造新类型的过程中对原类型做一些过滤和变换。
比如实现一个字符串类型的重新构造。

type CapitalizeStr<Str extends string> =
  Str extends `${infer First}${infer Rest}`
  ? `${Uppercase<First>}${Rest}` : Str;
type CapitalizeResult = CapitalizeStr<'tang'>

首先限制参数类型必须是字符串类型。
然后用 extends 为参数类型匹配公式，提取公式中的变量 First Rest，并通过 Uppercase 封装。
实现了首字母大写的字符串字面量类型。
3.3 递归复用做循环
第三个类型套路是递归复用做循环。
TypeScript 本身不支持循环，但是可以通过递归完成不确定数量的类型编程，达到循环的效果。
比如通过递归实现数组类型反转。

type ReverseArr<Arr extends unknown[]> =
  Arr extends [infer First, ...infer Rest]
  ? [...ReverseArr<Rest>, First]
  : Arr;

type ReverseArrResult = ReverseArr<[1, 2, 3, 4, 5]>

首先限制参数必须是数组类型。
然后用 extends 匹配公式，如果满足条件，则调用自身，否则直接返回。
实现了一个数组反转类型。
3.4 数组长度做计数
第四个类型套路是数组长度做计数。
类型编程本身是不支持做加减乘除运算的，但是可以通过递归构造指定长度的数组，然后取数组长度的方式来完成数值的加减乘除。
比如通过数组长度实现类型编程的加法运算。

type BuildArray<
  Length extends number,
  Ele = unknown,
  Arr extends unknown[] = []
  > = Arr['length'] extends Length
  ? Arr
  : BuildArray<Length, Ele, [...Arr, Ele]>;
type Add<Num1 extends number, Num2 extends number> =
  [...BuildArray<Num1>, ...BuildArray<Num2>]['length'];

type AddResult = Add<32, 25>

首先通过递归创建一个可以生成任意长度的数组类型
然后创建一个加法类型，通过数组的长度来实现加法运算。
三、类型体操实践—
分享的第三部分是类型体操实践。
前面分享了类型体操的概念及常用的运算逻辑。
下面我们就用这些运算逻辑来解析 TypeScript 内置的高级类型。
1. 解析 TypeScript 内置高级类型

partial 把索引变为可选

通过 in 操作符遍历索引，为所有索引添加？前缀实现把索引变为可选的新的映射类型。

type TPartial<T> = {
  [P in keyof T]?: T[P];
};
type PartialRes = TPartial<{ name: 'aa', age: 18 }>

Required 把索引变为必选

通过 in 操作符遍历索引，为所有索引删除？前缀实现把索引变为必选的新的映射类型。

type TRequired<T> = {
  [P in keyof T]-?: T[P]
}
type RequiredRes = TRequired<{ name?: 'aa', age?: 18 }>

Readonly 把索引变为只读

通过 in 操作符遍历索引，为所有索引添加 readonly 前缀实现把索引变为只读的新的映射类型。

type TReadonly<T> = {
  readonly [P in keyof T]: T[P]
}
type ReadonlyRes = TReadonly<{ name?: 'aa', age?: 18 }>

Pick 保留过滤索引

首先限制第二个参数必须是对象的 key 值，然后通过 in 操作符遍历第二个参数，生成新的映射类型实现。

type TPick<T, K extends keyof T> = {
  [P in K]: T[P]
}
type PickRes = TPick<{ name?: 'aa', age?: 18 }, 'name'>

Record 创建映射类型

通过 in 操作符遍历联合类型 K，创建新的映射类型。

type TRecord<K extends keyof any, T> = {
  [P in K]: T
}
type RecordRes = TRecord<'aa' | 'bb', string>

Exclude 删除联合类型的一部分

通过 extends 操作符，判断参数 1 能否赋值给参数 2，如果可以则返回 never，以此删除联合类型的一部分。

type TExclude<T, U> = T extends U ? never : T
type ExcludeRes = TExclude<'aa' | 'bb', 'aa'>

Extract 保留联合类型的一部分

和 Exclude 逻辑相反，判断参数 1 能否赋值给参数 2，如果不可以则返回 never，以此保留联合类型的一部分。

type TExtract<T, U> = T extends U ? T : never
type ExtractRes = TExtract<'aa' | 'bb', 'aa'>

Omit 删除过滤索引

通过高级类型 Pick、Exclude 组合，删除过滤索引。

type TOmit<T, K extends keyof T> = Pick<T, Exclude<keyof T, K>>
type OmitRes = TOmit<{ name: 'aa', age: 18 }, 'name'>

Awaited 用于获取 Promise 的 valueType

通过递归来获取未知层级的 Promise 的 value 类型。

type TAwaited<T> =
  T extends null | undefined
    ? T
    : T extends object & { then(onfulfilled: infer F): any }
      ? F extends ((value: infer V, ...args: any) => any)
        ? Awaited<V>
        : never
      : T;

type AwaitedRes = TAwaited<Promise<Promise<Promise<string>>>>

还有非常多高级类型，实现思路和上面介绍的类型套路大多一致，这里不一一赘述。
2. 解析 ParseQueryString 复杂类型
重点解析的是在背景章节介绍类型体操复杂度，举例说明的解析字符串参数的函数类型。
如图示 demo 所示，这个函数是用于将指定字符串格式解析为对象格式。

function parseQueryString1(queryStr) {
  if (!queryStr || !queryStr.length) {
  return {}
  }
  const queryObj = {}
  const items = queryStr.split('&')
  items.forEach((item) => {
  const [key, value] = item.split('=')
  if (queryObj[key]) {
    if (Array.isArray(queryObj[key])) {
    queryObj[key].push(value)
    } else {
    queryObj[key] = [queryObj[key], value]
    }
  } else {
    queryObj[key] = value
  }
  })
  return queryObj
}

比如获取字符串 a=1&b=2 中 a 的值。
常用的类型声明方式如下图所示：

function parseQueryString1(queryStr: string): Record<string, any> {
  if (!queryStr || !queryStr.length) {
  return {}
  }
  const queryObj = {}
  const items = queryStr.split('&')
  items.forEach((item) => {
  const [key, value] = item.split('=')
  if (queryObj[key]) {
    if (Array.isArray(queryObj[key])) {
    queryObj[key].push(value)
    } else {
    queryObj[key] = [queryObj[key], value]
    }
  } else {
    queryObj[key] = value
  }
  })
  return queryObj
}

参数类型为 string，返回类型为 Record<string, any>，这时看到，res1.a 类型为 any，那么有没有办法，准确的知道 a 的类型是字面量类型 1 呢？
下面就通过类型体操的方式，来重写解析字符串参数的函数类型。
首先限制参数类型是 string 类型，然后为参数匹配公式 a&b，如果满足公式，将 a 解析为 key value 的映射类型，将 b 递归 ParseQueryString 类型，继续解析，直到不再满足 a&b 公式。
最后，就可以得到一个精准的函数返回类型，res.a = 1。

type ParseParam<Param extends string> =
  Param extends `${infer Key}=${infer Value}`
    ? {
      [K in Key]: Value
    } : Record<string, any>;
type MergeParams<
  OneParam extends Record<string, any>,
  OtherParam extends Record<string, any>
> = {
  readonly [Key in keyof OneParam | keyof OtherParam]:
  Key extends keyof OneParam
    ? OneParam[Key]
    : Key extends keyof OtherParam
      ? OtherParam[Key]
      : never
}
type ParseQueryString<Str extends string> =
  Str extends `${infer Param}&${infer Rest}`
    ? MergeParams<ParseParam<Param>, ParseQueryString<Rest>>
    : ParseParam<Str>;

function parseQueryString<Str extends string>(queryStr: Str): ParseQueryString<Str> {
  if (!queryStr || !queryStr.length) {
    return {} as any;
  }
  const queryObj = {} as any;
  const items = queryStr.split('&');
  items.forEach(item => {
    const [key, value] = item.split('=');
    if (queryObj[key]) {
      if(Array.isArray(queryObj[key])) {
        queryObj[key].push(value);
      } else {
        queryObj[key] = [queryObj[key], value]
      }
    } else {
      queryObj[key] = value;
    }
  });
  return queryObj as any;
}

const res = parseQueryString('a=1&b=2&c=3');
console.log(res.a) // type 1

四、小结—
综上分享，从 3 个方面介绍了类型体操。

第一点是类型体操背景，了解了什么是类型，什么是类型安全，怎么实现类型安全；
第二点是熟悉类型体操的主要类型、支持的逻辑运算，并总结了 4 个类型套路；
第三点是类型体操实践，解析了 TypeScript 内置高级类型的实现，并手写了一些复杂函数类型。

从中我们了解到需要动态生成类型的场景，必然是要用类型编程做一些运算，即使有的场景下可以不用类型编程，但是使用类型编程能够有更精准的类型提示和检查，减少代码中潜在的问题。
参考资料+源码—
这里列举了本次分享的参考资料及示例源码，欢迎大家扩展阅读：
[size=80%][1] 参考资料《TypeScript 类型体操通关秘籍》: https://juejin.cn/book/7047524421182947366
[size=80%][2] 示例源码: https://github.com/jiaozitang/ts-demo

本文分享自微信公众号 - 凹凸实验室（AOTULabs）。
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