====== 第一章：TypeScript 基础 ======

===== 本章概述 =====

欢迎来到 TypeScript 的世界！本章将带你从零开始了解 TypeScript，包括安装配置、编译原理以及最基本的类型注解概念。通过本章学习，你将能够搭建 TypeScript 开发环境并编写第一个 TypeScript 程序。

===== 1.1 什么是 TypeScript =====

TypeScript 是一种由 Microsoft 开发的开源编程语言，于 2012 年 10 月首次发布。它是 JavaScript 的超集（Superset），意味着任何有效的 JavaScript 代码都是有效的 TypeScript 代码。

==== 1.1.1 TypeScript 的核心特性 ====

**静态类型系统**
TypeScript 最大的特点是添加了可选的静态类型系统。这使得开发者可以在编码阶段就发现类型错误，而不是在运行时。

```typescript
// JavaScript - 运行时才发现错误
function add(a, b) {
  return a + b;
}
add("1", 2); // "12" - 逻辑错误但未报错

// TypeScript - 编译时就发现错误
function addTS(a: number, b: number): number {
  return a + b;
}
addTS("1", 2); // Error: Argument of type 'string' is not assignable to parameter of type 'number'
```

**ES6+ 特性支持**
TypeScript 支持最新的 ECMAScript 特性，包括：
  - 类（Class）
  - 模块（Module）
  - 异步函数（Async/Await）
  - 解构赋值
  - 箭头函数
  - 等等

**编译时转换**
TypeScript 代码需要编译（转译）为 JavaScript 才能在浏览器或 Node.js 中运行。编译器会将高级语法转换为兼容目标环境的 JavaScript。

==== 1.1.2 TypeScript vs JavaScript ====

| 特性 | JavaScript | TypeScript |
|------|------------|------------|
| 类型系统 | 动态类型 | 静态类型（可选） |
| 编译 | 解释执行 | 需要编译 |
| 错误检测 | 运行时 | 编译时 |
| IDE 支持 | 基础 | 强大 |
| 学习曲线 | 平缓 | 稍陡 |
| 代码量 | 较少 | 稍多（类型注解） |
| 维护性 | 一般 | 优秀 |

===== 1.2 安装 TypeScript =====

==== 1.2.1 环境要求 ====

在开始之前，请确保你的系统已安装：
  - Node.js（推荐 v18 或更高版本）
  - npm 或 yarn 包管理器

检查 Node.js 版本：
```bash
node --version
npm --version
```

==== 1.2.2 全局安装 TypeScript ====

使用 npm 全局安装 TypeScript 编译器：

```bash
# 使用 npm
npm install -g typescript

# 使用 yarn
yarn global add typescript
```

验证安装：
```bash
tsc --version
# 输出类似：Version 5.3.3
```

==== 1.2.3 项目本地安装（推荐） ====

对于实际项目，建议在项目本地安装 TypeScript：

```bash
# 创建项目目录
mkdir my-ts-project
cd my-ts-project

# 初始化 npm 项目
npm init -y

# 本地安装 TypeScript
npm install --save-dev typescript

# 或作为开发依赖
npm install -D typescript
```

本地安装后，使用 npx 运行 tsc：
```bash
npx tsc --version
```

===== 1.3 编写第一个 TypeScript 程序 =====

==== 1.3.1 创建 TypeScript 文件 ====

创建一个名为 "hello.ts" 的文件：

```typescript
// hello.ts
function greet(person: string, date: Date): string {
  return `Hello ${person}, today is ${date.toDateString()}!`;
}

const user = "TypeScript";
const today = new Date();

console.log(greet(user, today));
```

==== 1.3.2 编译 TypeScript ====

使用 tsc 命令编译文件：

```bash
tsc hello.ts
```

这将生成一个同名的 JavaScript 文件 "hello.js"：

```javascript
// hello.js (编译输出)
function greet(person, date) {
  return "Hello ".concat(person, ", today is ").concat(date.toDateString(), "!");
}
var user = "TypeScript";
var today = new Date();
console.log(greet(user, today));
```

==== 1.3.3 运行 JavaScript ====

```bash
node hello.js
# 输出：Hello TypeScript, today is Mon Jan 15 2025!
```

===== 1.4 TypeScript 编译原理 =====

==== 1.4.1 编译过程概述 ====

TypeScript 编译器（tsc）的工作流程：

```
TypeScript 源码 → 词法分析 → 语法分析 → 语义分析 → 类型检查 → 代码生成 → JavaScript 代码
```

**1. 词法分析（Lexical Analysis）**
将源代码转换为 Token 序列。

**2. 语法分析（Parsing）**
将 Token 序列转换为抽象语法树（AST）。

**3. 语义分析（Semantic Analysis）**
检查语法结构的语义正确性。

**4. 类型检查（Type Checking）**
这是 TypeScript 的核心阶段，验证类型系统的约束。

**5. 代码生成（Code Generation）**
将 AST 转换为目标 JavaScript 代码。

==== 1.4.2 类型擦除 ====

TypeScript 的类型只在编译时存在，编译后的 JavaScript 代码中完全不包含类型信息，这个过程称为"类型擦除"（Type Erasure）。

```typescript
// TypeScript
interface Point {
  x: number;
  y: number;
}

function distance(p1: Point, p2: Point): number {
  const dx = p1.x - p2.x;
  const dy = p1.y - p2.y;
  return Math.sqrt(dx * dx + dy * dy);
}
```

编译后：

```javascript
// JavaScript
function distance(p1, p2) {
  var dx = p1.x - p2.x;
  var dy = p1.y - p2.y;
  return Math.sqrt(dx * dx + dy * dy);
}
```

注意：接口定义和类型注解在编译后完全消失！

===== 1.5 基础类型注解 =====

==== 1.5.1 变量类型注解 ====

使用冒号（:）为变量添加类型注解：

```typescript
// 基本类型
let name: string = "Alice";
let age: number = 25;
let isStudent: boolean = true;

// 数组类型
let numbers: number[] = [1, 2, 3, 4, 5];
let names: Array<string> = ["Alice", "Bob", "Charlie"];

// any 类型 - 绕过类型检查
let anything: any = 4;
anything = "string";
anything = true;

// unknown 类型 - 类型安全的 any
let notSure: unknown = 4;
// notSure.toFixed(); // Error: Object is of type 'unknown'

// void - 无返回值
function logMessage(message: string): void {
  console.log(message);
}

// null 和 undefined
let u: undefined = undefined;
let n: null = null;
```

==== 1.5.2 函数类型注解 ====

```typescript
// 函数声明
function add(x: number, y: number): number {
  return x + y;
}

// 函数表达式
const multiply = function(x: number, y: number): number {
  return x * y;
};

// 箭头函数
const divide = (x: number, y: number): number => {
  return x / y;
};

// 可选参数
function greet(name: string, greeting?: string): string {
  if (greeting) {
    return `${greeting}, ${name}!`;
  }
  return `Hello, ${name}!`;
}

// 默认参数
function greetWithDefault(name: string, greeting: string = "Hello"): string {
  return `${greeting}, ${name}!`;
}

// 剩余参数
function sum(...numbers: number[]): number {
  return numbers.reduce((total, num) => total + num, 0);
}
```

==== 1.5.3 对象类型注解 ====

```typescript
// 对象字面量类型
let person: {
  name: string;
  age: number;
  isStudent?: boolean;  // 可选属性
} = {
  name: "Alice",
  age: 25
};

// 使用接口（推荐）
interface Person {
  name: string;
  age: number;
  email?: string;
}

const alice: Person = {
  name: "Alice",
  age: 25,
  email: "alice@example.com"
};
```

===== 1.6 tsconfig.json 配置 =====

==== 1.6.1 初始化配置文件 ====

```bash
tsc --init
```

这将创建一个包含所有编译器选项的 tsconfig.json 文件。

==== 1.6.2 基本配置示例 ====

```json
{
  "compilerOptions": {
    // 目标 JavaScript 版本
    "target": "ES2020",
    
    // 模块系统
    "module": "ESNext",
    
    // 模块解析策略
    "moduleResolution": "node",
    
    // 输出目录
    "outDir": "./dist",
    
    // 源代码目录
    "rootDir": "./src",
    
    // 启用严格模式
    "strict": true,
    
    // 允许编译 JavaScript 文件
    "allowJs": true,
    
    // 生成 source map
    "sourceMap": true,
    
    // 启用装饰器
    "experimentalDecorators": true,
    
    // 启用 ES 模块互操作
    "esModuleInterop": true,
    
    // 跳过库类型检查
    "skipLibCheck": true,
    
    // 强制文件名大小写一致
    "forceConsistentCasingInFileNames": true
  },
  "include": ["src/**/*"],
  "exclude": ["node_modules", "dist"]
}
```

==== 1.6.3 常用编译选项详解 ====

**target**
指定编译后的 JavaScript 版本："ES3", "ES5", "ES2015", "ES2016", "ES2017", "ES2018", "ES2019", "ES2020", "ESNext"

**module**
指定模块系统："CommonJS", "AMD", "System", "UMD", "ES2015", "ES2020", "ESNext"

**strict**
启用所有严格类型检查选项的快捷方式，等同于开启：
  - strictNullChecks
  - strictFunctionTypes
  - strictBindCallApply
  - strictPropertyInitialization
  - noImplicitAny
  - noImplicitThis
  - alwaysStrict

**noImplicitAny**
禁止隐式的 any 类型，要求必须为没有类型注解的变量或参数指定类型。

===== 1.7 类型推断 =====

TypeScript 具有强大的类型推断能力，在很多情况下不需要显式添加类型注解。

==== 1.7.1 变量类型推断 ====

```typescript
// TypeScript 会自动推断类型
let message = "Hello";  // 推断为 string
let count = 42;         // 推断为 number
let isValid = true;     // 推断为 boolean

// 错误示例
message = 42;  // Error: Type 'number' is not assignable to type 'string'
```

==== 1.7.2 函数返回值推断 ====

```typescript
// 返回值类型可以被推断
function add(a: number, b: number) {
  return a + b;  // 推断返回值为 number
}

// 复杂推断
function getArray() {
  return [1, 2, 3];  // 推断为 number[]
}
```

==== 1.7.3 最佳实践：何时添加类型注解 ====

**应该添加类型注解的情况：**
  - 函数参数
  - 函数返回值（复杂逻辑时）
  - 类的公共属性
  - 需要明确类型的变量

**可以依赖推断的情况：**
  - 简单变量的初始化
  - 明显能从上下文推断的类型
  - 局部变量

```typescript
// 推荐：为函数参数和返回值添加类型
function calculateTotal(price: number, quantity: number): number {
  return price * quantity;
}

// 推荐：复杂对象明确类型
interface User {
  id: number;
  name: string;
}

const users: User[] = fetchUsers();

// 可选：简单变量可以依赖推断
const total = calculateTotal(100, 5);
const welcomeMessage = "Welcome!";
```

===== 1.8 类型断言 =====

类型断言（Type Assertion）允许你告诉编译器某个值的具体类型，类似于其他语言中的类型转换。

==== 1.8.1 语法 ====

```typescript
// 尖括号语法
let someValue: any = "this is a string";
let strLength: number = (<string>someValue).length;

// as 语法（推荐，特别是在 JSX 中）
let strLength2: number = (someValue as string).length;
```

==== 1.8.2 使用场景 ====

```typescript
// 处理 DOM 元素
const input = document.getElementById("user-input") as HTMLInputElement;
console.log(input.value);

// 处理 API 响应
interface User {
  name: string;
  age: number;
}

const response: any = fetchUser();
const user = response as User;

// 双重断言（谨慎使用）
const something = "hello" as unknown as number;  // 强制转换
```

===== 1.9 字面量类型 =====

TypeScript 允许将字面量作为类型使用，提供更精确的类型约束。

```typescript
// 字符串字面量类型
let direction: "north" | "south" | "east" | "west";
direction = "north";  // ✓
// direction = "up";  // ✗ Error

// 数字字面量类型
type DiceRoll = 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6;
let roll: DiceRoll = 4;  // ✓
// let invalid: DiceRoll = 7;  // ✗ Error

// 布尔字面量类型
type Status = true | false;

// 结合使用
interface Config {
  mode: "development" | "production" | "test";
  port: 3000 | 8080 | 9000;
  debug: boolean;
}
```

===== 1.10 严格模式详解 =====

==== 1.10.1 strictNullChecks ====

```typescript
// strictNullChecks: false（默认）
let name: string = null;  // OK

// strictNullChecks: true
let name2: string = null;  // Error: Type 'null' is not assignable to type 'string'

// 正确使用
let name3: string | null = null;  // OK
```

==== 1.10.2 noImplicitAny ====

```typescript
// noImplicitAny: false
function log(message) {  // 参数隐式为 any
  console.log(message);
}

// noImplicitAny: true
function log2(message: any) {  // 必须显式声明 any
  console.log(message);
}
```

===== 1.11 本章小结 =====

本章我们学习了：

1. **TypeScript 基础概念** - 理解 TypeScript 是什么以及它与 JavaScript 的关系
2. **环境搭建** - 安装 TypeScript 编译器并创建第一个程序
3. **编译原理** - 了解 TypeScript 如何编译为 JavaScript
4. **类型注解** - 掌握基本类型的使用方法
5. **tsconfig.json** - 配置编译器选项
6. **类型推断** - 理解何时需要显式添加类型
7. **类型断言** - 在必要时覆盖类型推断

===== 1.12 练习题 =====

==== 练习 1：类型注解基础 ====

为以下变量和函数添加适当的类型注解：

```typescript
// 待补充类型的代码
let userName = "张三";
let userAge = 25;
let hobbies = ["阅读", "编程", "游戏"];

function greetUser(name, age) {
  return `你好，${name}，今年${age}岁`;
}

function calculateArea(width, height) {
  return width * height;
}
```

<details>
<summary>参考答案</summary>

```typescript
let userName: string = "张三";
let userAge: number = 25;
let hobbies: string[] = ["阅读", "编程", "游戏"];

function greetUser(name: string, age: number): string {
  return `你好，${name}，今年${age}岁`;
}

function calculateArea(width: number, height: number): number {
  return width * height;
}
```

</details>

==== 练习 2：配置 tsconfig.json ====

创建一个适合前端项目的 tsconfig.json 配置，要求：
  - 目标 ES2018
  - 使用 ES 模块
  - 输出到 dist 目录
  - 源代码在 src 目录
  - 启用严格模式
  - 生成 source map

<details>
<summary>参考答案</summary>

```json
{
  "compilerOptions": {
    "target": "ES2018",
    "module": "ESNext",
    "moduleResolution": "node",
    "outDir": "./dist",
    "rootDir": "./src",
    "strict": true,
    "sourceMap": true,
    "esModuleInterop": true,
    "skipLibCheck": true,
    "forceConsistentCasingInFileNames": true
  },
  "include": ["src/**/*"],
  "exclude": ["node_modules", "dist"]
}
```

</details>

==== 练习 3：类型推断与断言 ====

分析以下代码，指出哪些地方使用了类型推断，哪些地方需要类型断言：

```typescript
const apiResponse = fetchData();
const userName = apiResponse.name;
const userAge = apiResponse.age;

const element = document.getElementById("input");
const value = element.value;
```

<details>
<summary>参考答案与解释</summary>

```typescript
const apiResponse: any = fetchData();  // 需要类型，默认推断为 any
const userName: string = apiResponse.name;  // 从上下文推断，或需要断言
const userAge: number = apiResponse.age;

// 需要类型断言，因为 getElementById 返回 HTMLElement | null
const element = document.getElementById("input") as HTMLInputElement;
const value = element.value;

// 或者先进行类型检查
const element2 = document.getElementById("input");
if (element2 instanceof HTMLInputElement) {
  const value2 = element2.value;  // 这里 TypeScript 知道类型
}
```

</details>

==== 练习 4：字面量类型 ====

使用字面量类型定义一个配置对象，要求：
  - 环境只能是 "dev", "test", "prod" 之一
  - 日志级别只能是 "debug", "info", "warn", "error" 之一
  - 端口号只能是 3000, 8080, 9000 之一

<details>
<summary>参考答案</summary>

```typescript
type Environment = "dev" | "test" | "prod";
type LogLevel = "debug" | "info" | "warn" | "error";
type Port = 3000 | 8080 | 9000;

interface AppConfig {
  environment: Environment;
  logLevel: LogLevel;
  port: Port;
}

const config: AppConfig = {
  environment: "dev",
  logLevel: "debug",
  port: 3000
};
```

</details>

===== 扩展阅读 =====

  - [[TypeScript:第二章_变量声明|下一章：变量声明]]
  - [[https://www.typescriptlang.org/docs/handbook/basic-types.html|TypeScript 官方文档 - 基础类型]]
  - [[https://www.typescriptlang.org/tsconfig|TypeScript 官方文档 - 编译配置]]