📚 TypeScript 教程系列

  1. 入门与配置
  2. 基础类型与变量声明
  3. 函数
  4. 流程控制与运算符
  5. 集合类型
  6. 异步编程与错误处理
  7. 接口与类
  8. 泛型与类型组合
  9. 高级类型（本文）
  10. 模块、装饰器与工程化

⚠️ 来源声明：本文内容参考自 菜鸟教程 TypeScript 教程，仅供学习交流，版权归原作者所有。
TypeScript 的类型系统不仅能描述数据的形状，还能像写逻辑一样对类型本身进行运算。工具类型、条件类型、映射类型、infer、索引类型、递归类型，以及协变与逆变，构成了 TS 类型编程最核心也最硬核的部分。掌握它们，才能真正写出既类型安全又高度复用的代码。

工具类型

工具类型（Utility Types）是 TypeScript 内置的一系列泛型类型，本质上是基于映射类型和条件类型实现的「类型转换函数」。它们帮助开发者快速从一个已有类型派生出新类型，提升代码的复用性与类型安全性。

在实际开发中，我们经常需要基于现有类型创建变体：把所有属性变成可选、变成只读、只取其中几个字段、去掉某些字段等等。手动重写这些类型既繁琐又容易和原类型脱节，工具类型提供了一种声明式的方式来完成这些转换。

下面以这个 User 接口作为贯穿示例：

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interface User {
    id: number;
    name: string;
    email: string;
    password: string;
}

Partial<T> — 全部可选

Partial<T> 将类型 T 的所有属性设置为可选，常用于对象的部分更新、表单数据等场景。

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type PartialUser = Partial<User>;
// 等价于 { id?: number; name?: string; email?: string; password?: string; }

// 只需要提供部分属性
const user: PartialUser = { name: "Alice" };
console.log("部分用户: " + JSON.stringify(user));

运行结果：

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部分用户: {"name":"Alice"}

Partial 的底层实现就是一个映射类型，给每个属性加上 ? 修饰符：

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type Partial<T> = {
    [P in keyof T]?: T[P];
};

Required<T> — 全部必填

Required<T> 与 Partial 相反，将所有可选属性变为必填。它通过 -? 修饰符移除可选标记。

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interface Config {
    host?: string;
    port?: number;
}

type RequiredConfig = Required<Config>;
// 等价于 { host: string; port: number; }

const config: RequiredConfig = { host: "localhost", port: 8080 };
console.log("配置: " + JSON.stringify(config));

实现：

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type Required<T> = {
    [P in keyof T]-?: T[P];
};

Readonly<T> — 全部只读

Readonly<T> 将所有属性设置为只读，创建后不允许修改。常用于配置对象、枚举映射等不希望被篡改的数据。

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type ReadonlyUser = Readonly<User>;

const user: ReadonlyUser = { id: 1, name: "Alice", email: "a@b.com", password: "secret" };
// user.name = "Bob"; // 错误：只读属性不能修改
console.log("只读用户: " + JSON.stringify(user));

实现：

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type Readonly<T> = {
    readonly [P in keyof T]: T[P];
};

Pick<T, K> — 选择属性

Pick<T, K> 从类型 T 中挑选指定的属性 K 组成新类型，适合只需要某个类型部分字段的场景。

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type UserBasicInfo = Pick<User, "id" | "name">;
// 等价于 { id: number; name: string; }

const user: UserBasicInfo = { id: 1, name: "Alice" };
console.log("用户基本信息: " + JSON.stringify(user));

实现：

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type Pick<T, K extends keyof T> = {
    [P in K]: T[P];
};

Omit<T, K> — 排除属性

Omit<T, K> 从类型 T 中排除指定的属性 K，返回剩余属性组成的新类型，是 Pick 的反向操作。需要排除少数字段时用 Omit，需要选择少数字段时用 Pick。

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type UserWithoutPassword = Omit<User, "password">;
// 等价于 { id: number; name: string; email: string; }

const user: UserWithoutPassword = { id: 1, name: "Alice", email: "a@b.com" };
console.log("无密码用户: " + JSON.stringify(user));

Omit 可以理解为先排除键、再 Pick：Pick<T, Exclude<keyof T, K>>。

Record<K, T> — 构造对象类型

Record<K, T> 构造一个对象类型，键的类型为 K，值的类型为 T。常用于创建键值对映射、字典、权限表等。

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type Role = "admin" | "user" | "guest";

type RolePermissions = Record<Role, string[]>;

const permissions: RolePermissions = {
    admin: ["read", "write", "delete"],
    user: ["read", "write"],
    guest: ["read"]
};

console.log("管理员权限: " + permissions.admin);
console.log("访客权限: " + permissions.guest);

运行结果：

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管理员权限: read,write,delete
访客权限: read

Record 会强制要求所有键都存在，漏写任意一个键都会报错。

Exclude<T, U> — 排除类型

Exclude<T, U> 从联合类型 T 中排除可以赋值给 U 的成员。原理是分布式条件类型：T extends U ? never : T。

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type T = "a" | "b" | "c" | "d";
type NonABC = Exclude<T, "a" | "b" | "c">;  // "d"

const value: NonABC = "d";
console.log("值: " + value);

Extract<T, U> — 提取类型

Extract<T, U> 与 Exclude 相反，从联合类型 T 中提取可以赋值给 U 的成员。

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type T = "a" | "b" | "c" | 1 | 2 | 3;
type Letters = Extract<T, string>;  // "a" | "b" | "c"

const letter: Letters = "a";
console.log("字母: " + letter);

Exclude 和 Extract 是互补的一对：Extract<T, U> 等价于从 T 中取出与 U 重叠的部分，Exclude<T, U> 则是去掉这部分。

NonNullable<T> — 排除空值

NonNullable<T> 从类型 T 中排除 null 和 undefined，等价于 Exclude<T, null | undefined>。

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type T = string | null | undefined | number;
type NotNull = NonNullable<T>;  // string | number

let value: NotNull = "hello";
value = 42;
// value = null; // 错误：不能赋值 null
console.log("值: " + value);

ReturnType<T> — 获取返回类型

ReturnType<T> 获取函数类型 T 的返回值类型，常用于从已有函数反向推导返回类型。其核心是 infer 关键字。

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function getUser() {
    return { name: "Alice", age: 25 };
}

function getConfig() {
    return { host: "localhost", port: 8080 };
}

type UserType = ReturnType<typeof getUser>;    // { name: string; age: number; }
type ConfigType = ReturnType<typeof getConfig>; // { host: string; port: number; }

const user: UserType = { name: "Bob", age: 30 };
const config: ConfigType = { host: "example.com", port: 3000 };
console.log("用户: " + JSON.stringify(user));
console.log("配置: " + JSON.stringify(config));

实现：

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type ReturnType<T extends (...args: any) => any> =
    T extends (...args: any) => infer R ? R : any;

Parameters<T> — 获取参数类型

Parameters<T> 以元组形式获取函数类型 T 的全部参数类型，同样依赖 infer。

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function createUser(name: string, age: number, active: boolean): User {
    return { id: 1, name, email: "", password: "" };
}

type CreateUserParams = Parameters<typeof createUser>;
// 等价于 [name: string, age: number, active: boolean]

const params: CreateUserParams = ["Alice", 25, true];
console.log("参数: " + JSON.stringify(params));

实现：

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type Parameters<T extends (...args: any) => any> =
    T extends (...args: infer P) => any ? P : never;

类似的还有 ConstructorParameters<T>（构造函数参数）、InstanceType<T>（实例类型）、Awaited<T>（递归解包 Promise）等，思路一致。

工具类型速查表

工具类型作用示例结果
Partial<T>所有属性可选{ id?: number; name?: string; ... }
Required<T>所有属性必填{ host: string; port: number; }
Readonly<T>所有属性只读{ readonly id: number; ... }
Pick<T, K>选择指定属性{ id: number; name: string; }
Omit<T, K>排除指定属性{ id: number; name: string; email: string; }
Record<K, T>构造键值对类型{ admin: string[]; user: string[]; ... }
Exclude<T, U>联合类型排除"d"
Extract<T, U>联合类型提取"a" | "b" | "c"
NonNullable<T>排除 null/undefinedstring | number
ReturnType<T>函数返回类型{ name: string; age: number; }
Parameters<T>函数参数元组[string, number, boolean]

工具类型可以组合使用，例如 Partial<Readonly<T>> 表示「全部只读且全部可选」。如果内置工具类型不满足需求，也可以基于映射类型和条件类型自行实现。

条件类型

条件类型（Conditional Types）是 TypeScript 类型系统中最强大的特性之一，它允许根据条件动态选择类型，语法类似 JavaScript 的三元表达式：T extends U ? X : Y。如果类型 T 可以赋值给类型 U，则结果为 X，否则为 Y。条件类型是实现高级工具类型的基础。

基本语法

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// 如果 T 是字符串类型，返回 true，否则返回 false
type IsString<T> = T extends string ? true : false;

type A = IsString<string>;   // true
type B = IsString<number>;   // false

const a: A = true;
const b: B = false;
console.log("string 是字符串?: " + a);
console.log("number 是字符串?: " + b);

运行结果：

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string 是字符串?: true
number 是字符串?: false

条件类型在类型检查时会自动求值，生成具体的类型。它是延迟求值的——只有当传入具体类型时才会真正计算。

类型过滤

条件类型最常见的应用是过滤类型。例如实现一个 NonNullable，把 null 和 undefined 排除掉：

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type MyNonNullable<T> = T extends null | undefined ? never : T;

type A = MyNonNullable<string>;      // string
type B = MyNonNullable<null>;        // never
type C = MyNonNullable<undefined>;   // never

const a: A = "hello";
console.log("非空: " + a);

never 表示「永不存在的类型」，当条件不满足时用它来表示「这个分支不可用」，在联合类型中会被自动忽略。

分布式条件类型

当条件类型的泛型参数是裸的联合类型时，条件会自动「分布」到联合的每个成员上分别执行，再把结果合并。这是条件类型最容易被忽略、也最容易踩坑的特性。

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type ToArray<T> = T extends any ? T[] : never;

// string | number 会分布为：ToArray<string> | ToArray<number>
// 即 string[] | number[]
type StrOrNum = ToArray<string | number>;

const arr1: StrOrNum = ["hello"];
const arr2: StrOrNum = [1, 2, 3];
console.log("字符串数组: " + arr1);
console.log("数字数组: " + arr2);

注意结果是 string[] | number[]，而不是 (string | number)[]。分布特性是自动开启的，如果想禁用分布、把联合类型作为整体处理，可以用方括号把 T 包起来：

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type ToArrayNonDist<T> = [T] extends [any] ? T[] : never;

// 不会分布，整体处理，结果是 (string | number)[]
type Combined = ToArrayNonDist<string | number>;

const arr: Combined = ["hello", 42];
console.log("混合数组: " + arr);

Exclude 和 Extract 之所以能逐个过滤联合成员，正是因为分布式条件类型。

infer 初探

条件类型中可以在 extends 右侧用 infer 声明一个待推断的类型变量，从而「提取」类型中的某个部分。最经典的例子就是 ReturnType：

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type ReturnType<T> = T extends (...args: any[]) => infer R ? R : never;

function getUser() {
    return { name: "Alice" };
}

type R1 = ReturnType<typeof getUser>;  // { name: string }
const r1: R1 = { name: "Bob" };
console.log("用户: " + JSON.stringify(r1));

infer R 像类型系统里的「捕获变量」，把函数的返回类型抓住并在结果分支中使用。infer 的完整用法见后文。

条件类型与映射类型结合

条件类型常与映射类型组合，实现 Partial、Required、Readonly 等工具类型：

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interface User {
    id: number;
    name: string;
    email: string;
}

type Partial<T> = {
    [P in keyof T]?: T[P];
};

type Required<T> = {
    [P in keyof T]-?: T[P];
};

const partial: Partial<User> = { name: "Alice" };
type RequiredUser = Required<Partial<User>>;
const required: RequiredUser = { name: "Bob", id: 1 };

console.log("可选: " + JSON.stringify(partial));
console.log("必填: " + JSON.stringify(required));

运行结果：

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可选: {"name":"Alice"}
必填: {"name":"Bob","id":1}

高级示例：类型检查

条件类型还能实现一些技巧性的类型检查。例如检测一个类型是否为 any——利用 any 与任何类型交叉都得 any、且 0 extends any 恒成立的特性：

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type IsAny<T> = 0 extends (1 & T) ? true : false;

type A = IsAny<any>;    // true
type B = IsAny<string>; // false

type IsAssignableTo<T, U> = T extends U ? true : false;
type CanAssign = IsAssignableTo<string, any>; // true

console.log("any 是 any?: " + A);
console.log("string 是 any?: " + B);
console.log("string 赋值给 any?: " + CanAssign);

条件类型注意事项

  • 延迟求值：条件类型只有在传入具体类型时才求值，泛型参数未确定时保持未求值状态。
  • 分布特性：裸联合类型会自动触发分布，用 [T] extends [U] 可禁用。
  • infer 位置：infer 只能出现在条件类型 extends 的右侧。
  • 配合映射类型：大多数内置工具类型都是条件类型与映射类型的组合。

映射类型

映射类型（Mapped Types）是一种基于已有类型批量创建新类型的语法，它用 keyof 取出所有键、用 in 遍历每个键，再对每个键应用统一的类型转换。把所有属性变成可选、变成只读、改键名、过滤键，都靠它完成。映射类型是 TypeScript 内置工具类型的核心实现技术。

工作原理

映射类型的基本语法是 [P in keyof T]: T[P]，表示遍历 T 的每个键 P，值的类型取 T[P]。在此基础上可以加上修饰符：

修饰符作用典型应用
?添加可选修饰Partial<T>
readonly添加只读修饰Readonly<T>
-?移除可选修饰Required<T>
-readonly移除只读修饰Mutable<T>
as重映射键名key remapping

基础映射类型

下面手写一个 Partial，给所有属性加上 ?：

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interface User {
    id: number;
    name: string;
    email: string;
}

type MyPartial<T> = {
    [P in keyof T]?: T[P];
};

type PartialUser = MyPartial<User>;
const user: PartialUser = { name: "Alice" };
console.log("部分用户: " + JSON.stringify(user));

[P in keyof T] 表示遍历 T 的所有键，? 把每个属性都设为可选。

属性修饰符

通过 +/- 前缀可以添加或移除修饰符（+ 可省略）。下面演示只读、可选、必填三种变体：

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interface User {
    name: string;
    age: number;
}

type MyReadonly<T> = {
    readonly [P in keyof T]: T[P];
};

type MyOptional<T> = {
    [P in keyof T]?: T[P];
};

type MyRequired<T> = {
    [P in keyof T]-?: T[P];
};

const readonlyUser: MyReadonly<User> = { name: "Alice", age: 25 };
const optionalUser: MyOptional<User> = { name: "Bob" };
console.log("只读: " + JSON.stringify(readonlyUser));
console.log("可选: " + JSON.stringify(optionalUser));

-? 移除可选修饰，-readonly 则可以移除只读修饰，把只读类型变回可写。

键名映射（as）

TypeScript 4.1 引入了 as 子句，可以在映射时重命名键。结合模板字面量类型与 Capitalize、Uncapitalize、Uppercase、Lowercase，能动态生成新键名：

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interface User {
    id: number;
    name: string;
    age: number;
}

type WithPrefix<T, Prefix extends string> = {
    [P in keyof T as `${Prefix}${Capitalize<string & P>}`]: T[P];
};

type PrefixedUser = WithPrefix<User, "user">;
// 等价于 { userId: number; userName: string; userAge: number; }

const user: PrefixedUser = { userId: 1, userName: "Alice", userAge: 25 };
console.log("带前缀: " + JSON.stringify(user));

运行结果：

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带前缀: {"userId":1,"userName":"Alice","userAge":25}

键过滤

在 as 子句中结合条件类型，可以把不需要的键映射为 never，从而把它从结果类型中移除——这正是 Omit 的一种实现方式：

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interface User {
    id: number;
    name: string;
    password: string;
    email: string;
}

type MyOmit<T, K extends keyof T> = {
    [P in keyof T as P extends K ? never : P]: T[P];
};

type UserWithoutPassword = MyOmit<User, "password">;
const user: UserWithoutPassword = { id: 1, name: "Alice", email: "a@b.com" };
console.log("无密码: " + JSON.stringify(user));

当 P extends K 成立时键名变成 never，该属性会被完全移除。

条件映射

映射类型的值也可以是条件类型，根据每个属性原类型做不同处理：

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interface APIResponse {
    data: string;
    error: string;
    isLoading: boolean;
    timestamp: number;
}

type FunctionToVoid<T> = {
    [P in keyof T]: T[P] extends (...args: any[]) => any
        ? () => void
        : T[P];
};

const response: FunctionToVoid<APIResponse> = {
    data: "hello",
    error: "",
    isLoading: false,
    timestamp: Date.now()
};
console.log("响应: " + JSON.stringify(response));

这种模式常用于处理 API 响应、清理配置对象等需要按类型分别处理的场景。

内置映射类型一览

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type P1 = Partial<{ a: string; b: number }>;
// { a?: string; b?: number; }

type R1 = Required<{ a?: string; b?: number }>;
// { a: string; b: number; }

type RO1 = Readonly<{ a: string; b: number }>;
// { readonly a: string; readonly b: number; }

type PK = Pick<{ a: string; b: number; c: boolean }, "a" | "b">;
// { a: string; b: number; }

type OM = Omit<{ a: string; b: number; c: boolean }, "c">;
// { a: string; b: number; }

这些内置工具类型都是基于映射类型和条件类型实现的，理解其原理才能灵活自定义。

映射类型注意事项

  • keyof 获取一个类型的所有键组成的联合类型。
  • in 用于遍历键名联合类型。
  • ? 和 readonly 写在属性名前表示添加修饰，加 - 表示移除。
  • as 子句用于重映射键名，必须返回字符串或数字字面量类型。
  • 映射类型可与条件类型、模板字面量类型组合，实现复杂的类型转换。

infer 关键字

infer 是条件类型中的关键字，意为「推断」，它只能在条件类型的 extends 子句中使用，用于声明一个待推断的类型变量。infer 让我们能从复杂类型中优雅地「拆」出部分类型：从 Promise<string> 取出 string、从 Array<User> 取出 User、从函数取出返回类型或参数类型，全靠它。

基本用法：Promise 解包

下面从 Promise<V> 中提取值类型 V：

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type ValueOf<T> = T extends Promise<infer V> ? V : never;

type Str = ValueOf<Promise<string>>;   // string
type Num = ValueOf<Promise<number>>;   // number
type NotPrm = ValueOf<string>;         // never

const value: Str = "world";
console.log("字符串提取: " + (typeof value === "string" ? "成功" : "失败"));

infer V 声明了一个类型变量 V，TypeScript 会根据 T extends Promise<V> 这个约束自动推断 V 的类型；如果 T 根本不是 Promise，则走 never 分支。

提取数组元素类型

用 infer V 配合数组模式，可以提取元素类型：

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type ArrayElement<T> = T extends (infer V)[] ? V : never;

type User = { name: string };
type Users = User[];

type E1 = ArrayElement<string[]>;   // string
type E2 = ArrayElement<Users>;      // User
type E3 = ArrayElement<number>;     // never（非数组）

const users: Users = [{ name: "Alice" }];
const element: ArrayElement<Users> = users[0];
console.log("元素类型: " + element.name);

提取函数返回类型

从函数类型中提取返回类型——这正是内置 ReturnType 的实现：

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type MyReturnType<T> = T extends (...args: any[]) => infer R ? R : any;

function getData() {
    return { id: 1, name: "Alice" };
}
function fetchUser(id: number): Promise<{ id: number; name: string }> {
    return Promise.resolve({ id, name: "Bob" });
}

type R1 = MyReturnType<typeof getData>;     // { id: number; name: string; }
type R2 = MyReturnType<typeof fetchUser>;   // Promise<{ id: number; name: string; }>

const result: R1 = { id: 1, name: "Test" };
console.log("返回类型: " + JSON.stringify(result));

提取函数参数类型

用 infer P 捕获参数元组，就能实现 Parameters。也可以只取第一个参数：

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// 取全部参数（元组）
type MyParameters<T> = T extends (...args: infer P) => any ? P : never;

// 只取第一个参数
type FirstParameter<T> = T extends (first: infer P, ...rest: any[]) => any ? P : never;

function createUser(name: string, age: number): { name: string } {
    return { name };
}
function logMessage(msg: string): void {
    console.log(msg);
}

type AllParams = MyParameters<typeof createUser>;   // [string, number]
type P1 = FirstParameter<typeof createUser>;         // string
type P2 = FirstParameter<typeof logMessage>;         // string
type P3 = FirstParameter<() => void>;                // never

const nameParam: P1 = "Alice";
console.log("参数类型: " + nameParam);

...rest: any[] 用来匹配任意数量的剩余参数，非常实用。

多个 infer

一个条件类型中可以同时声明多个 infer 变量。下面提取元组的前两个元素类型，以及带 value 属性的对象的 value 类型：

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type FirstTwo<T> = T extends [infer A, infer B, ...rest: any[]] ? [A, B] : never;

type Tuple = [string, number, boolean];
type FirstTwoTypes = FirstTwo<Tuple>;  // [string, number]

type ObjectValue<T> = T extends { value: infer V } ? V : never;

type WithValue = { value: string; name: string };
type ExtractedValue = ObjectValue<WithValue>;  // string

const tupleResult: FirstTwoTypes = ["hello", 123];
console.log("元组: " + JSON.stringify(tupleResult));

在递归类型中使用 infer

infer 与递归条件类型结合，可以实现深度类型转换。下面实现一个递归解包 Promise 的类型，把 Promise<Promise<string>> 拍平成 string：

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type FlattenPromise<T> = T extends Promise<infer U>
    ? U extends Promise<any>
        ? FlattenPromise<U>
        : U
    : T;

type Nested = Promise<Promise<string>>;
type Flat = FlattenPromise<Nested>;  // string

const flat: Flat = "done";
console.log("扁平化: " + flat);

内置的 Awaited<T> 就是这种递归 infer 的实现。递归 infer 还能实现深度只读、深度可选等工具类型，详见后文「递归类型」。

infer 注意事项

  • infer 只能用在条件类型 extends 的右侧。
  • 用 infer V 声明待推断的类型变量，变量名任意。
  • 一个条件类型中可以使用多个 infer。
  • 推断失败时走 false 分支，通常返回 never。
  • infer 是实现自定义工具类型的核心，掌握它可以写出非常强大的类型操作。

索引类型与 keyof

索引类型（Indexed Types）和 keyof 是操作对象类型的利器，它们允许在类型系统中动态地访问对象属性，并创建灵活的类型映射。keyof 取键、T[K] 取值类型，是通用工具类型的基石。

keyof 操作符

keyof 用于获取对象类型所有键组成的字面量联合类型。注意返回的是键名的字面量联合，而不是 string。

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interface User {
    id: number;
    name: string;
    email: string;
    age?: number;
}

// 结果: "id" | "name" | "email" | "age"
type UserKeys = keyof User;

function getProperty<T, K extends keyof T>(obj: T, key: K): T[K] {
    return obj[key];
}

const user: User = { id: 1, name: "Alice", email: "alice@example.com" };

const userName: string = getProperty(user, "name");
// getProperty(user, "unknown"); // 错误：键不存在
console.log("用户名: " + userName);

K extends keyof T 这个约束非常关键：它确保传入的键一定是对象上真实存在的键，从而把「访问不存在的属性」这类运行时错误提前到编译期。

索引访问类型

用方括号 [] 可以访问对象类型某个属性的类型，就像在运行时用 obj[key] 访问值一样：

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interface User {
    id: number;
    name: string;
    email: string;
}

type UserId = User["id"];      // number
type UserName = User["name"];  // string

// 用联合类型访问多个键，结果是属性类型的联合
type UserIdAndName = User["id" | "name"];  // number | string

// 用 keyof 访问所有值类型
type AllUserValues = User[keyof User];  // number | string

function getValue<T, K extends keyof T>(obj: T, key: K): T[K] {
    return obj[key];
}

const user: User = { id: 1, name: "Bob", email: "bob@test.com" };
const idValue: number = getValue(user, "id");
const nameValue: string = getValue(user, "name");
console.log("ID: " + idValue);
console.log("Name: " + nameValue);

约束键的类型

K extends keyof T 是通用 getProperty 函数的核心，它让键参数在编译期就被校验：

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interface Config {
    apiUrl: string;
    timeout: number;
    retry: boolean;
}

function getConfigValue<T, K extends keyof T>(config: T, key: K): T[K] {
    return config[key];
}

const config: Config = {
    apiUrl: "https://api.example.com",
    timeout: 5000,
    retry: true
};

const url: string = getConfigValue(config, "apiUrl");
const timeoutVal: number = getConfigValue(config, "timeout");
// const invalid = getConfigValue(config, "unknown"); // 错误：键不存在
console.log("API URL: " + url);
console.log("Timeout: " + timeoutVal);

返回类型 T[K] 也会随键变化——传 "apiUrl" 返回 string，传 "timeout" 返回 number，完全类型安全。

只获取特定类型的属性

结合映射类型与条件类型，可以提取「值类型满足某条件」的键。下面提取所有 string 类型和所有 number 类型的属性键：

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interface Mixed {
    id: number;
    name: string;
    age: number;
    email: string;
    active: boolean;
}

// 先把每个键映射成「符合条件的键，否则 never」，再用索引取值得到联合
type StringKeys<T> = {
    [K in keyof T]: T[K] extends string ? K : never;
}[keyof T];

type NumberKeys<T> = {
    [K in keyof T]: T[K] extends number ? K : never;
}[keyof T];

type StringProps = StringKeys<Mixed>;  // "name" | "email"
type NumberProps = NumberKeys<Mixed>;  // "id" | "age"

function getStringProps<T, K extends StringKeys<T>>(obj: T, keys: K[]): T[K][] {
    return keys.map(key => obj[key]);
}

const mixed: Mixed = {
    id: 1, name: "Alice", age: 25, email: "alice@test.com", active: true
};

const strings = getStringProps(mixed, ["name", "email"]);
console.log("字符串属性: " + strings.join(", "));

这种「映射成 K | never 再 [keyof T] 取值」的技巧，是按值类型筛选键的标准范式。

遍历数组与元组类型

索引访问同样适用于数组和元组。元组可以用数字字面量索引取到精确的元素类型，数组用 number 索引取到元素类型：

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type Tuple = [string, number, boolean];

type First = Tuple[0];   // string
type Second = Tuple[1];  // number
type Third = Tuple[2];   // boolean

// 用 number 取所有元素类型的联合
type AllElements = Tuple[number];  // string | number | boolean

// 数组用 number 取元素类型
type StringArray = string[];
type ArrayElement = StringArray[number];  // string

function getElement<T extends any[]>(arr: T, index: number): T[number] | undefined {
    return index < arr.length ? arr[index] : undefined;
}

const tuple: Tuple = ["hello", 123, true];
const arr: string[] = ["a", "b", "c"];
console.log("元组元素[0]: " + getElement(tuple, 0));
console.log("数组元素[1]: " + getElement(arr, 1));

元组能按位置精确取类型，这是普通数组做不到的。

索引类型注意事项

  • keyof 返回键名的字面量联合类型。
  • 用 T[K] 做索引访问时，确保 K 存在于目标类型中。
  • 用 K extends keyof T 约束泛型参数，可实现类型安全的动态属性访问。
  • 映射类型用 [P in keyof T] 语法遍历键。
  • 索引类型是创建通用工具类型的基石，熟练掌握能大幅提升类型操作能力。

递归类型

递归类型（Recursive Types）是指在类型定义中引用自身的类型，它可以表达任意深度的嵌套结构，是处理树形数据、嵌套对象、深度类型转换的基石。现实中的文件系统、组织架构、JSON 数据都是天然递归的，递归类型让我们能在类型层面精确描述它们。

树形结构

递归类型最经典的应用是树形结构。下面定义一个 TreeNode，它的 children 又是 TreeNode[]：

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interface TreeNode {
    id: number;
    name: string;
    children?: TreeNode[];  // 递归引用
}

const fileSystem: TreeNode = {
    id: 1,
    name: "根目录",
    children: [
        {
            id: 2,
            name: "文件夹1",
            children: [
                { id: 5, name: "文件A.txt" },
                { id: 6, name: "文件B.txt" }
            ]
        },
        {
            id: 3,
            name: "文件夹2",
            children: [
                { id: 7, name: "文件C.txt" }
            ]
        },
        {
            id: 4,
            name: "文件.txt"
        }
    ]
};

// 递归遍历
function traverse(node: TreeNode, depth: number = 0): void {
    const indent = "  ".repeat(depth);
    console.log(indent + "- " + node.name);
    if (node.children) {
        for (const child of node.children) {
            traverse(child, depth + 1);
        }
    }
}

traverse(fileSystem);

运行结果：

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- 根目录
  - 文件夹1
    - 文件A.txt
    - 文件B.txt
  - 文件夹2
    - 文件C.txt
  - 文件.txt

类型是递归的，遍历函数自然也是递归的，两者结构一致。

链式数据结构：链表

链表是另一种线性递归结构，每个节点通过 next 指向下一个同类型节点：

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interface ListNode<T> {
    value: T;
    next?: ListNode<T>;  // 递归引用
}

const linkedList: ListNode<number> = {
    value: 1,
    next: {
        value: 2,
        next: {
            value: 3,
            next: {
                value: 4,
                next: undefined
            }
        }
    }
};

function traverseList<T>(node: ListNode<T>): void {
    let current: ListNode<T> | undefined = node;
    const values: T[] = [];
    while (current) {
        values.push(current.value);
        current = current.next;
    }
    console.log("链表值: " + values.join(" -> "));
}

function getLength<T>(node: ListNode<T>): number {
    let length = 0;
    let current: ListNode<T> | undefined = node;
    while (current) {
        length++;
        current = current.next;
    }
    return length;
}

traverseList(linkedList);
console.log("链表长度: " + getLength(linkedList));

嵌套列表

递归联合类型可以表示「元素或元素列表」这种混合结构：

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type NestedList<T> = T | NestedList<T>[];

interface Task {
    id: number;
    title: string;
    completed: boolean;
}

const tasks: NestedList<Task> = [
    { id: 1, title: "项目A", completed: false },
    [
        { id: 2, title: "子任务1", completed: true },
        { id: 3, title: "子任务2", completed: false }
    ],
    { id: 4, title: "项目B", completed: false }
];

function getDepth<T>(list: NestedList<T>, depth: number = 0): number {
    if (Array.isArray(list)) {
        let maxDepth = depth + 1;
        for (const item of list) {
            maxDepth = Math.max(maxDepth, getDepth(item, depth + 1));
        }
        return maxDepth;
    }
    return depth;
}

console.log("列表深度: " + getDepth(tasks));

T | NestedList<T>[] 让一个值既可以是单个 T，也可以是嵌套的 T 列表，递归到底。

JSON 类型

JSON 规范本身是递归的：一个 JSON 值可以是基本类型、数组或对象，而数组元素和对象值又都是 JSON 值。用递归类型可以精确表达：

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type JSONValue =
    | string
    | number
    | boolean
    | null
    | JSONValue[]
    | { [key: string]: JSONValue };

const config: JSONValue = {
    "name": "my-app",
    "version": "1.0.0",
    "enabled": true,
    "settings": {
        "debug": false,
        "ports": [3000, 8080],
        "metadata": {
            "author": "Alice",
            "tags": ["web", "typescript"]
        }
    }
};

function getValue(obj: JSONValue, path: string): JSONValue | undefined {
    const keys = path.split(".");
    let current: JSONValue | undefined = obj;
    for (const key of keys) {
        if (current && typeof current === "object" && !Array.isArray(current)) {
            current = (current as { [key: string]: JSONValue })[key];
        } else {
            return undefined;
        }
    }
    return current;
}

console.log("版本: " + getValue(config, "version"));
console.log("端口: " + getValue(config, "settings.ports"));
console.log("作者: " + getValue(config, "settings.metadata.author"));

深度只读类型

递归类型配合映射类型，可以实现深度类型转换。下面实现 DeepReadonly，递归地把所有嵌套对象属性变成只读，但跳过函数：

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type DeepReadonly<T> = T extends Function
    ? T
    : T extends object
        ? { readonly [P in keyof T]: DeepReadonly<T[P]> }
        : T;

interface User {
    name: string;
    profile: {
        email: string;
        address: {
            city: string;
            zip: string;
        };
    };
    friends: User[];
}

const user: DeepReadonly<User> = {
    name: "Alice",
    profile: {
        email: "alice@test.com",
        address: { city: "Beijing", zip: "100000" }
    },
    friends: []
};

// user.name = "Bob";                         // 错误：只读
// user.profile.address.city = "Shanghai";    // 错误：深层也是只读
console.log("用户: " + user.name);
console.log("城市: " + user.profile.address.city);

深度可选类型

同理可以实现 DeepPartial，递归地把所有层级属性变为可选，便于处理「只提供部分嵌套配置」的场景：

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type DeepPartial<T> = T extends object
    ? { [P in keyof T]?: DeepPartial<T[P]> }
    : T;

interface AppConfig {
    database: {
        host: string;
        port: number;
        credentials: {
            username: string;
            password: string;
        };
    };
    server: {
        port: number;
        ssl: boolean;
    };
}

const partialConfig: DeepPartial<AppConfig> = {
    database: {
        host: "localhost"
        // port 和 credentials 可选
    }
    // server 整个可选
};

console.log("数据库主机: " + partialConfig.database?.host);

递归类型注意事项

  • 递归类型必须保证有终止条件（如 T extends object ? ... : T），避免无限递归。
  • 递归通常与条件类型结合，用条件判断来终止递归。
  • TypeScript 编译器对递归深度有限制，过深的递归会报错。
  • 深度递归可能影响类型检查性能，按需使用。

协变与逆变

协变（Covariance）与逆变（Contravariance）描述的是：当存在子父类型关系时，泛型类型参数如何随之变化。它们决定了「函数 A 能否赋值给函数 B」这类兼容性问题，是编写类型安全泛型 API 的理论基础。

基本概念

先看一张总览表：

概念方向适用场景示例
协变（Covariant）子类型 → 父类型输出（返回值）Provider<Dog> → Provider<Animal>
逆变（Contravariant）父类型 → 子类型输入（参数）Consumer<Animal> → Consumer<Dog>
不变（Invariant）不可相互赋值既输入又输出Consumer<Dog> ≠ Consumer<Animal>
TS 默认行为——返回值协变；参数逆变（strictFunctionTypes）；属性协变

直觉上：Dog 是 Animal 的子类型，把 Dog 当 Animal 用是安全的；但「处理 Animal 的函数」和「处理 Dog 的函数」之间的关系要反过来想——这就是协变与逆变要解决的问题。

协变：输出类型

协变是指子类型可以赋值给父类型。对于输出类型（如函数返回值），这是安全的：返回 Dog 的函数，当然可以当作返回 Animal 的函数来用。

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class Animal {
    name: string = "动物";
}

class Dog extends Animal {
    breed: string = "田园犬";
}

type AnimalGetter = () => Animal;
type DogGetter = () => Dog;

const getDog: DogGetter = () => new Dog();
const getAnimal: AnimalGetter = getDog;  // 协变：安全

const animal: Animal = getAnimal();
console.log("动物名称: " + animal.name);

运行结果：

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动物名称: 动物

返回更具体的子类型总是符合父类型的契约，所以协变对返回值是安全的。

逆变：输入类型

逆变是指对于输入类型（如函数参数），父类型可以赋值给子类型。道理是：一个能处理所有 Animal 的函数，当然也能处理 Dog（因为 Dog 就是 Animal），所以「接受 Animal 的函数」可以赋值给「接受 Dog 的函数」。

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class Animal {
    name: string = "动物";
}

class Dog extends Animal {
    breed: string = "田园犬";
}

type DogConsumer = (dog: Dog) => void;
type AnimalConsumer = (animal: Animal) => void;

const consumeAnimal: AnimalConsumer = (animal) => {
    console.log("处理动物: " + animal.name);
};

const consumeDog: DogConsumer = consumeAnimal;  // 逆变：安全

const dog = new Dog();
dog.breed = "哈士奇";
consumeDog(dog);

反过来则不安全：如果把「接受 Dog 的函数」赋值给「接受 Animal 的函数」，调用时传入一个非 Dog 的 Animal（比如 Cat），函数内部访问 breed 就会出错。所以参数方向必须逆变。

启用严格函数类型

TypeScript 默认对方法参数采用双变（bivariant）检查（为了兼容数组方法等场景），但在开启 strictFunctionTypes 后，函数参数会严格按逆变检查。建议在 tsconfig.json 中开启此选项以获得更严格的类型保护。

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interface Animal {
    readonly name: string;
}

interface Dog extends Animal {
    readonly breed: string;
}

type GetName = (animal: Animal) => string;
type GetDogBreed = (dog: Dog) => string;

const getDogBreed: GetDogBreed = (dog) => dog.breed;

function printAnimalName(animal: Animal): string {
    return animal.name;
}

// 严格模式下：参数是逆变的
// 把「接受更宽泛 Animal 的函数」赋值给「接受更具体 Dog 的函数」是允许的（逆变）
const fn1: GetDogBreed = (dog: Animal) => dog.name;  // 实参收窄，安全

// 反过来把「接受 Dog 的函数」赋值给「接受 Animal 的函数」会报错
// const fn2: GetName = (dog: Dog) => dog.breed; // 错误：传入非 Dog 的 Animal 会崩

console.log("犬种: " + getDogBreed({ name: "旺财", breed: "哈士奇" }));

泛型类的协变

泛型容器的属性默认是协变的——Cage<Dog> 可以赋值给 Cage<Animal>：

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class Animal {
    name: string = "动物";
}

class Dog extends Animal {
    breed: string = "狗";
}

class Cage<T> {
    animal: T;
    constructor(animal: T) {
        this.animal = animal;
    }
}

const dogCage = new Cage(new Dog());
const animalCage: Cage<Animal> = dogCage;  // 协变：安全
console.log("动物名称: " + animalCage.animal.name);

数组的协变

TypeScript 中数组是协变的，Dog[] 可以赋值给 Animal[]。但这在理论上并不完全安全——如果通过 Animal[] 引用 push 一个非 Dog 的 Animal，原 Dog[] 就被污染了。TypeScript 允许这种协变主要是为了和 JavaScript 的动态数组行为兼容。

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class Animal {
    name: string = "动物";
}

class Dog extends Animal {
    breed: string = "狗";
}

const dogs: Dog[] = [
    { name: "旺财", breed: "哈士奇" },
    { name: "小白", breed: "萨摩耶" }
];

const animals: Animal[] = dogs;  // 协变：编译期允许

// 注意：通过 animals push 非 Dog 的 Animal 会污染原 dogs 数组
// animals.push({ name: "猫咪" }); // 运行时可能出问题
console.log("动物数量: " + animals.length);

所以对数组协变要心中有数：读取是安全的，写入需谨慎。

用接口设计安全的协变/逆变

理解了规则，就可以在泛型接口里明确「生产者协变、消费者逆变」。下面用 Producer<T>（只产出 T，协变）和 Consumer<T>（只消费 T，逆变）来建模：

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interface Producer<T> {
    produce(): T;  // 输出：协变
}

interface Consumer<T> {
    consume(value: T): void;  // 输入：逆变
}

class DogProducer implements Producer<Dog> {
    produce(): Dog {
        return { name: "旺财", breed: "哈士奇" };
    }
}

class AnimalConsumerImpl implements Consumer<Animal> {
    consume(animal: Animal): void {
        console.log("消费动物: " + animal.name);
    }
}

// Producer<Dog> 可以赋值给 Producer<Animal>（协变）
const animalProducer: Producer<Animal> = new DogProducer();

// Consumer<Animal> 可以赋值给 Consumer<Dog>（逆变）
const dogConsumer: Consumer<Dog> = new AnimalConsumerImpl();

const animal = animalProducer.produce();
console.log("生产: " + animal.name);
dogConsumer.consume({ name: "旺财", breed: "哈士奇" });

这正是「PECS 原则」（Producer Extends, Consumer Super）在 TypeScript 中的体现：生产者用协变方向，消费者用逆变方向，API 的类型安全性才能落到实处。

协变与逆变注意事项

  • 返回值协变：函数返回子类型是安全的。
  • 参数逆变：函数参数用父类型是安全的（strictFunctionTypes 下强制）。
  • 不变：既读又写的泛型容器（如可变 List<T>）不能相互赋值。
  • 数组协变：读取安全，写入有隐患。
  • 设计 API：根据方法是「产出」还是「消费」选择类型方向，能显著提升类型安全性。

小结

本篇把 TypeScript 类型系统最硬核的七块拼到了一起：

  • 工具类型：Partial/Required/Readonly/Pick/Omit/Record/Exclude/Extract/NonNullable/ReturnType/Parameters 等内置泛型，是日常最常用的类型转换工具。
  • 条件类型：T extends U ? X : Y 让类型能做逻辑判断，分布式特性是过滤联合类型的关键。
  • 映射类型：[P in keyof T] 批量改属性，配合 +/- 修饰符和 as 重映射，是工具类型的底层实现。
  • infer：在条件类型中捕获并推断类型片段，是提取函数返回/参数、数组元素、Promise 值的核心。
  • 索引类型：keyof 取键、T[K] 取值类型，让动态属性访问保持类型安全。
  • 递归类型：自引用类型描述树、链表、JSON 等嵌套结构，配合条件类型实现深度转换。
  • 协变与逆变：揭示函数参数兼容性的本质，指导泛型 API 的方向设计。

这些特性往往组合使用：用 keyof 和映射类型写工具类型，用条件类型做分支，用 infer 提取片段，用递归处理嵌套，用协变/逆变约束方向。把它们融会贯通，就能写出既类型安全又高度复用的代码，真正发挥 TypeScript 类型系统的威力。