強型闖入DenoLand[14] - 泛型的概念與實作

在前一篇章正式結束 OOP 系列後，今天要向大家分享的是 TypeScript 的泛型。

泛型程式設計（generic programming）是程式設計語言的一種風格或範式。泛型允許程式設計師在強型別程式設計語言中編寫代碼時使用一些以後才指定的類型，在實例化時作為參數指明這些類型。各種程式設計語言和其編譯器、執行環境對泛型的支援均不一樣。Ada、Delphi、Eiffel、Java、C#、F#、Swift 和 Visual Basic .NET 稱之為泛型（generics）；ML、Scala 和 Haskell 稱之為參數多型（parametric polymorphism）；C++ 和 D稱之為模板。具有廣泛影響的1994年版的《Design Patterns》一書稱之為參數化類型（parameterized type）。

-- wikipedia

雖然筆者自認是 C++ 白痴，不過第一次接觸到泛型也是因為在 C++ Reference 看到了樣板語法：

template <class myType>
myType GetMax (myType a, myType b) {
 return (a>b?a:b);
}

不過說真的，第一次看到這麼特別的語法還真的是有看沒有懂 XD

於是筆者就跑去詢問了實驗室的怪物強者，也是我們的邦友 -- CCNode

如果今天有一個函式，你需要傳不同的型別參數給函式，則能使用泛型，你只需寫一次程式，
不用複製貼上一堆重複的code，卻只改了參數的型別。

template <class any_type>
T 代表了任何型別或你宣告出來的 class/struct 。

除了用於 function ，也能用在 class 裡
例如 C++ STL 中的 vector
宣告一個 vector
vector<int>
<>中就是能填任何的 型別/class/struct 。

後來為了準備鐵人賽而學習 TypeScript 時，就有看到與 Template 非常相似的用法出現。

簡單來說，若使用者在定義函式時並不想指定函式的輸入值型別，保留它的多樣化，就可以使用泛型。

function createArray(length: number, value: any): Array<any> {
    let result = [];
    for (let i = 0; i < length; i++) {
        result[i] = value;
    }
    return result;
}

createArray(3, 'x'); // ['x', 'x', 'x']

在上面的範例程式中，我們沒有針對函式回傳的陣列所儲存的內容做型別指定，因此我們就使用了陣列泛型： Array<any>來告訴 TypeScript 不要因為我們沒有指定型別就不讓我們進行編譯。

這時，可能會有讀者想問：

如果泛型真的這麼棒，為什麼我沒有在 JavaScript 中看到泛型的概念和應用呢？

誒不是， JavaScript 根本就不管你輸入的東西是什麼，它都照單全收好嗎 XDD

話說回來，上面的程式碼雖然能夠順利編譯，不過還是有一個缺點：

它沒有精確的定義回傳值的型別。

這時候，泛型就派上用場啦！！

function createArray<T>(length: number, value: T): Array<T> {
    let result: T[] = [];
    for (let i = 0; i < length; i++) {
        result[i] = value;
    }
    return result;
}

createArray<string>(3, 'x'); // ['x', 'x', 'x']

如此一來，當我們呼叫函式時將位於函式名稱後方的 <T> 換成我們想要的型別，對於編譯器來說，我們的程式碼長這樣：

function createArray(length: number, value: string): Array<string> {
    let result: string[] = [];
    for (let i = 0; i < length; i++) {
        result[i] = value;
    }
    return result;
}

就算我們在呼叫函式時不去指定型別，聰明的 TypeScript 也會透過型別推論將適當的型別帶進 <T> ：

createArray(3, 'x');

同理，我們也可以：

createArray<number>(3, 5);

適當的利用泛型，可以讓我們的程式碼更富彈性。

在泛型中應用多個引數

function swap<T, U>(tuple: [T, U]): [U, T] {
    return [tuple[1], tuple[0]];
}

swap([7, 'seven']); // ['seven', 7]

根據上面的程式碼，我們定義了一個 swap 函式，用來交換輸入的元組。

眼尖的讀者一定發現了本系列文截至目前為止還沒有提到元組，真的是十分抱歉。

10/2 更新：各位讀者可以參考 Day16 。

泛型約束

function loggingIdentity<T>(arg: T): T {
    console.log(arg.length);
    return arg;
}

如果我們直接編譯上面的程式碼， TypeScript 會告訴我們：

index.ts(2,19): error TS2339: Property 'length' does not exist on type 'T'.

這是因為泛型 T 不一定包含了 length，所以編譯的時候才會報錯。

這樣的問題要如何解決呢？

我們可以考慮利用前些篇學到的介面概念，對泛型進行約束：

interface Lengthwise {
    length: number;
}

function loggingIdentity<T extends Lengthwise>(arg: T): T {
    console.log(arg.length);
    return arg;
}

在上面的程式碼中，我們規定介面 Lengthwise 必須包含 length 屬性，並且在使用泛型時將引數 T 繼承了該介面：

function loggingIdentity<T extends Lengthwise>(arg: T): T {
//...
}

這樣一來，便能針對泛型當中的引數設下一定的規定，這樣的作法又稱為：泛型約束。

多引數的相互約束

引數的愛恨情仇（？）

function copyFields<T extends U, U>(target: T, source: U): T {
    for (let id in source) {
        target[id] = (<T>source)[id];
    }
    return target;
}

let x = { a: 1, b: 2, c: 3, d: 4 };

copyFields(x, { b: 10, d: 20 });

根據上面的程式碼，我們看到了引數 T 繼承了引數 U 。如此一來，開發者便能確保引數 U 會具有引數 T 不具備的屬性，像是：

U: 我有百萬存款。

T: 我不止有百萬存款，我還有 GTR 。

筆者：我只有百元存款。

這邊要注意的是：引數也能夠繼承引數。

泛型介面

剛剛才在泛型約束中看到了利用介面一部分的定義了引數的規則。

那我們能不能在介面中使用泛型呢？

答案是：當然可以 Q_Q

interface CreateArrayFunc {
    <T>(length: number, value: T): Array<T>;
}

let createArray: CreateArrayFunc;
createArray = function<T>(length: number, value: T): Array<T> {
    let result: T[] = [];
    for (let i = 0; i < length; i++) {
        result[i] = value;
    }
    return result;
}

createArray(3, 'x'); // ['x', 'x', 'x']

或是直接將引數指定的行為提前在介面上進行：

let createArray: CreateArrayFunc<any>;

變成：

interface CreateArrayFunc<T> {
    (length: number, value: T): Array<T>;
}

let createArray: CreateArrayFunc<any>;
createArray = function<T>(length: number, value: T): Array<T> {
    let result: T[] = [];
    for (let i = 0; i < length; i++) {
        result[i] = value;
    }
    return result;
}

createArray(3, 'x'); // ['x', 'x', 'x']

總結

利用本篇一次將泛型的概念通通講完真是太愉快了。

明天的系列文估計會是最後一篇 TypeScript 的教學文，之後便會正式進入 Deno 的相關教學啦～！！

自從第 8 還是第 9 天筆者將備用的稿發完以後，就進入了每天乖乖發文的可憐狀況。

此外，又剛好筆者最近在準備研究所的推甄，真的是分身乏術啊...

希望之後的文章還能夠維持一定的品質 QQ（或許本來就沒有）

Reference

有些文章的內容非常完善，如果有些部分筆者沒有更好的方法詮釋，便會以其他文章作為參考。

• TypeScript 新手指南 - generics

  筆者在本篇參考了它的範例程式碼，並以此作為基礎修改。

延伸閱讀

同樣的事情在不同人眼中可能會有不同的見解、看法。

在讀完本篇以後，筆者也強烈建議大家去看看以下文章，或許會對型別、變數宣告...等觀念有更深層的看法唷！

• 官方文件
• TypeScript FAQ