JavaScript内核与高级编程之：`TypeScript` 的 `Recursive Types`：如何定义递归数据结构。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

晚上好，各位！欢迎来到今晚的 "TypeScript 深渊探险" 讲座。今天我们要挑战的是 TypeScript 类型系统中的一个相当有趣，也可能让人有点头大的概念：递归类型（Recursive Types）。

想象一下，你正在玩俄罗斯套娃，每个娃娃里面都藏着一个更小的娃娃，直到最小的那个。递归类型就像这些套娃一样，它们在自己的定义中引用了自己。听起来有点绕？别担心，我们一步步来，保证让你在离开的时候，能够自信地用 TypeScript 玩转类型俄罗斯套娃。

Part 1: 什么是递归类型？

简单来说，递归类型是指在自己的类型定义中引用自身的类型。这种定义方式允许我们创建描述嵌套或层级数据结构的类型。比如，一棵树，一个链表，甚至一个 JSON 对象，都可以用递归类型来优雅地表示。

为什么我们需要递归类型？

如果没有递归类型，你可能需要编写大量重复的代码来定义具有嵌套结构的数据类型。递归类型提供了一种简洁、高效的方式来描述这些结构，避免了冗余，提高了代码的可维护性。

Part 2: 基础案例：链表

我们从一个经典的例子开始：链表。链表是一种线性数据结构，其中每个元素（节点）包含数据和一个指向下一个元素的指针。最后一个元素的指针指向 null 或 undefined。

在 TypeScript 中，我们可以使用递归类型这样表示链表：

type LinkedList<T> = {
  data: T;
  next: LinkedList<T> | null;
};

// 创建一个链表实例
const list: LinkedList<number> = {
  data: 1,
  next: {
    data: 2,
    next: {
      data: 3,
      next: null,
    },
  },
};

在这个例子中，LinkedList<T> 类型定义了一个具有 data 属性（类型为 T）和 next 属性的结构。 next 属性的类型是 LinkedList<T> | null，这意味着它可以是另一个 LinkedList<T> 实例，也可以是 null。这种定义方式允许我们创建任意长度的链表。

解释：

type LinkedList<T> = ...：定义了一个泛型类型 LinkedList，可以存储任意类型的数据。 T 是类型参数，代表链表中存储的数据类型。
data: T;：每个链表节点都包含一个 data 属性，其类型为 T。
next: LinkedList<T> | null;： next 属性是指向链表中下一个节点的指针。它可以是另一个 LinkedList<T> 实例，也可以是 null，表示链表的结尾。
LinkedList<T> | null：这是一个联合类型，表示 next 属性的类型可以是 LinkedList<T> 或 null。

Part 3: 高级案例：树

接下来，我们来看一个更复杂的例子：树。树是一种层级数据结构，由节点和边组成。每个节点可以有零个或多个子节点。

在 TypeScript 中，我们可以使用递归类型这样表示树：

type TreeNode<T> = {
  data: T;
  children?: TreeNode<T>[];
};

// 创建一个树实例
const tree: TreeNode<string> = {
  data: "A",
  children: [
    {
      data: "B",
      children: [
        { data: "C" },
        { data: "D" },
      ],
    },
    {
      data: "E",
    },
  ],
};

在这个例子中，TreeNode<T> 类型定义了一个具有 data 属性（类型为 T）和 children 属性的结构。 children 属性的类型是 TreeNode<T>[]，这意味着它可以是一个 TreeNode<T> 实例的数组。这种定义方式允许我们创建任意深度的树。 children? 的 ? 表示这个属性是可选的。

解释：

type TreeNode<T> = ...：定义了一个泛型类型 TreeNode，可以存储任意类型的数据。 T 是类型参数，代表树节点中存储的数据类型。
data: T;：每个树节点都包含一个 data 属性，其类型为 T。
children?: TreeNode<T>[];： children 属性是一个 TreeNode<T> 类型的数组，表示该节点的所有子节点。 ? 表示 children 属性是可选的，这意味着一个节点可以没有子节点（叶子节点）。
TreeNode<T>[]：表示一个 TreeNode<T> 类型的数组。

Part 4: 更高级案例：JSON 类型

现在，让我们挑战一个更实际的例子：JSON 类型。 JSON 是一种常用的数据交换格式，它可以表示简单值（字符串、数字、布尔值、null）和复杂值（对象、数组）。

在 TypeScript 中，我们可以使用递归类型这样表示 JSON 类型：

type Json =
  | string
  | number
  | boolean
  | null
  | { [property: string]: Json }
  | Json[];

// 创建一个 JSON 对象
const json: Json = {
  name: "John Doe",
  age: 30,
  isStudent: false,
  address: {
    street: "123 Main St",
    city: "Anytown",
  },
  courses: ["Math", "Science"],
};

在这个例子中，Json 类型是一个联合类型，它可以是字符串、数字、布尔值、null、一个包含字符串键和 Json 值的对象，或者一个 Json 值的数组。这种定义方式允许我们表示任何有效的 JSON 对象。

解释：

type Json = ...：定义了一个类型别名 Json，用于表示 JSON 数据类型。
string | number | boolean | null： JSON 的基本类型。
{ [property: string]: Json }：表示一个 JSON 对象。 [property: string] 表示对象的键是字符串类型，Json 表示对象的值可以是任何 Json 类型。这就是递归的地方，因为对象的值本身可以是另一个 JSON 对象。
Json[]：表示一个 JSON 数组。数组中的每个元素都可以是任何 Json 类型。同样，这也是递归的，因为数组中的元素可以是另一个 JSON 数组。

Part 5: 递归类型与类型推断

TypeScript 的类型推断在处理递归类型时非常强大。它可以根据你提供的值自动推断出递归类型的具体类型。

例如，考虑以下代码：

const myTree = {
  data: 1,
  children: [
    { data: 2 },
    { data: 3, children: [{data: 4}] },
  ],
};

// TypeScript 会自动推断出 myTree 的类型为 TreeNode<number>

在这个例子中，我们没有显式地指定 myTree 的类型，但是 TypeScript 能够根据值的结构自动推断出它的类型是 TreeNode<number>。

Part 6: 递归类型与条件类型

递归类型可以与条件类型结合使用，创建更复杂的类型转换和验证。这使得我们能构建更强大的类型系统。

例如，我们可以使用条件类型来创建一个类型，该类型可以提取 JSON 对象中所有字符串类型的值：

type StringValues<T> = T extends string
  ? T
  : T extends { [key: string]: any }
  ? StringValues<T[keyof T]>
  : T extends (infer U)[]
  ? StringValues<U>
  : never;

type Example = {
  name: string;
  age: number;
  address: {
    street: string;
    city: string;
  };
  hobbies: string[];
};

type StringTypes = StringValues<Example>; // type StringTypes = string

在这个例子中，StringValues<T> 类型使用条件类型来检查 T 是否为字符串。如果是，则返回 T。否则，它会检查 T 是否为一个对象或一个数组，并递归地应用 StringValues 类型到对象的每个属性或数组的每个元素。

解释：

type StringValues<T> = ...：定义了一个泛型类型 StringValues，它接受一个类型参数 T。
T extends string ? T : ...：如果 T 是 string 类型的子类型，则返回 T（即 string）。
T extends { [key: string]: any } ? StringValues<T[keyof T]> : ...：如果 T 是一个对象类型，则获取对象的所有属性的类型 (T[keyof T])，并递归地应用 StringValues 到每个属性类型。 keyof T 获取对象 T 的所有键，T[keyof T] 获取所有键对应的值的类型。
T extends (infer U)[] ? StringValues<U> : never：如果 T 是一个数组类型，则使用 infer U 推断数组元素的类型，并递归地应用 StringValues 到数组元素的类型。
never：如果以上条件都不满足，则返回 never 类型。never 代表永远不会出现的值。

Part 7: 实际应用案例

让我们来看几个递归类型在实际开发中的应用案例：

配置文件解析： 可以使用递归类型来定义配置文件的结构，允许配置文件包含嵌套的对象和数组。
UI 组件库： 可以使用递归类型来定义组件的属性，允许组件的属性包含嵌套的组件。
数据验证： 可以使用递归类型来定义数据验证规则，允许验证规则包含嵌套的对象和数组。

案例 1：菜单配置

假设我们要创建一个菜单组件，菜单项可以包含子菜单。我们可以使用递归类型来定义菜单项的类型：

type MenuItem = {
  label: string;
  link?: string;
  children?: MenuItem[];
};

const menuConfig: MenuItem[] = [
  {
    label: "Home",
    link: "/",
  },
  {
    label: "Products",
    children: [
      {
        label: "Electronics",
        link: "/products/electronics",
      },
      {
        label: "Clothing",
        link: "/products/clothing",
      },
    ],
  },
  {
    label: "About",
    link: "/about",
  },
];

案例 2：表单配置

假设我们要动态生成表单，表单字段可以是嵌套的。我们可以使用递归类型来定义表单字段的类型：

type FormField = {
  name: string;
  type: "text" | "number" | "select" | "group";
  label: string;
  options?: { value: string; label: string }[];
  fields?: FormField[]; // Only applicable if type is "group"
};

const formConfig: FormField[] = [
  {
    name: "firstName",
    type: "text",
    label: "First Name",
  },
  {
    name: "lastName",
    type: "text",
    label: "Last Name",
  },
  {
    name: "address",
    type: "group",
    label: "Address",
    fields: [
      {
        name: "street",
        type: "text",
        label: "Street",
      },
      {
        name: "city",
        type: "text",
        label: "City",
      },
    ],
  },
];

Part 8: 注意事项和最佳实践

避免无限递归： 确保你的递归类型有一个终止条件，以防止类型系统陷入无限循环。例如，在链表的例子中，next 属性可以是 null，这表示链表的结尾。
谨慎使用 any： 尽量避免在递归类型中使用 any 类型，因为它会破坏类型安全性。尽可能使用泛型和联合类型来限制类型的范围。
保持类型定义简洁： 递归类型可能会变得很复杂，因此尽量保持类型定义简洁易懂。使用类型别名和接口来组织你的类型。
测试你的类型： 编写单元测试来验证你的递归类型是否符合预期。这可以帮助你发现潜在的类型错误。

Part 9: 总结

递归类型是 TypeScript 类型系统中一个强大的工具，它可以用来描述嵌套或层级数据结构。通过理解递归类型的概念和应用，你可以编写更健壮、更可维护的代码。

希望今天的讲座能帮助你更好地理解 TypeScript 的递归类型。记住，练习是掌握任何技能的关键。尝试用递归类型来解决一些实际问题，你会发现它的强大之处。

现在，大家可以自由提问，我们一起来深入探讨递归类型的更多细节。感谢大家的参与！

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