Class 的繼承


簡介

Class 可以通過extends關鍵字實現繼承,這比 ES5 的通過修改原型鏈實現繼承,要清晰和方便很多。

class Point { } class ColorPoint extends Point { } 

上面代碼定義了一個ColorPoint類,該類通過extends關鍵字,繼承了Point類的所有屬性和方法。但是由於沒有部署任何代碼,所以這兩個類完全一樣,等於復制了一個Point類。下面,我們在ColorPoint內部加上代碼。

class ColorPoint extends Point { constructor(x, y, color) { super(x, y); // 調用父類的constructor(x, y) this.color = color; } toString() { return this.color + ' ' + super.toString(); // 調用父類的toString() } } 

上面代碼中,constructor方法和toString方法之中,都出現了super關鍵字,它在這里表示父類的構造函數,用來新建父類的this對象。

子類必須在constructor方法中調用super方法,否則新建實例時會報錯。這是因為子類自己的this對象,必須先通過父類的構造函數完成塑造,得到與父類同樣的實例屬性和方法,然后再對其進行加工,加上子類自己的實例屬性和方法。如果不調用super方法,子類就得不到this對象。

class Point { /* ... */ } class ColorPoint extends Point { constructor() { } } let cp = new ColorPoint(); // ReferenceError 

上面代碼中,ColorPoint繼承了父類Point,但是它的構造函數沒有調用super方法,導致新建實例時報錯。

ES5 的繼承,實質是先創造子類的實例對象this,然后再將父類的方法添加到this上面(Parent.apply(this))。ES6 的繼承機制完全不同,實質是先將父類實例對象的屬性和方法,加到this上面(所以必須先調用super方法),然后再用子類的構造函數修改this

如果子類沒有定義constructor方法,這個方法會被默認添加,代碼如下。也就是說,不管有沒有顯式定義,任何一個子類都有constructor方法。

class ColorPoint extends Point { }  // 等同於 class ColorPoint extends Point { constructor(...args) { super(...args); } } 

另一個需要注意的地方是,在子類的構造函數中,只有調用super之后,才可以使用this關鍵字,否則會報錯。這是因為子類實例的構建,基於父類實例,只有super方法才能調用父類實例。

class Point { constructor(x, y) { this.x = x; this.y = y; } } class ColorPoint extends Point { constructor(x, y, color) { this.color = color; // ReferenceError super(x, y); this.color = color; // 正確 } } 

上面代碼中,子類的constructor方法沒有調用super之前,就使用this關鍵字,結果報錯,而放在super方法之后就是正確的。

下面是生成子類實例的代碼。

let cp = new ColorPoint(25, 8, 'green'); cp instanceof ColorPoint // true cp instanceof Point // true 

上面代碼中,實例對象cp同時是ColorPointPoint兩個類的實例,這與 ES5 的行為完全一致。

最后,父類的靜態方法,也會被子類繼承。

class A { static hello() { console.log('hello world'); } } class B extends A { } B.hello()  // hello world 

上面代碼中,hello()A類的靜態方法,B繼承A,也繼承了A的靜態方法。

Object.getPrototypeOf()

Object.getPrototypeOf方法可以用來從子類上獲取父類。

Object.getPrototypeOf(ColorPoint) === Point // true 

因此,可以使用這個方法判斷,一個類是否繼承了另一個類。

super 關鍵字

super這個關鍵字,既可以當作函數使用,也可以當作對象使用。在這兩種情況下,它的用法完全不同。

第一種情況,super作為函數調用時,代表父類的構造函數。ES6 要求,子類的構造函數必須執行一次super函數。

class A {} class B extends A { constructor() { super(); } } 

上面代碼中,子類B的構造函數之中的super(),代表調用父類的構造函數。這是必須的,否則 JavaScript 引擎會報錯。

注意,super雖然代表了父類A的構造函數,但是返回的是子類B的實例,即super內部的this指的是B的實例,因此super()在這里相當於A.prototype.constructor.call(this)

class A { constructor() { console.log(new.target.name); } } class B extends A { constructor() { super(); } } new A() // A new B() // B 

上面代碼中,new.target指向當前正在執行的函數。可以看到,在super()執行時,它指向的是子類B的構造函數,而不是父類A的構造函數。也就是說,super()內部的this指向的是B

作為函數時,super()只能用在子類的構造函數之中,用在其他地方就會報錯。

class A {} class B extends A { m() { super(); // 報錯 } } 

上面代碼中,super()用在B類的m方法之中,就會造成句法錯誤。

第二種情況,super作為對象時,在普通方法中,指向父類的原型對象;在靜態方法中,指向父類。

class A { p() { return 2; } } class B extends A { constructor() { super(); console.log(super.p()); // 2 } } let b = new B(); 

上面代碼中,子類B當中的super.p(),就是將super當作一個對象使用。這時,super在普通方法之中,指向A.prototype,所以super.p()就相當於A.prototype.p()

這里需要注意,由於super指向父類的原型對象,所以定義在父類實例上的方法或屬性,是無法通過super調用的。

class A { constructor() { this.p = 2; } } class B extends A { get m() { return super.p; } } let b = new B(); b.m // undefined 

上面代碼中,p是父類A實例的屬性,super.p就引用不到它。

如果屬性定義在父類的原型對象上,super就可以取到。

class A {} A.prototype.x = 2; class B extends A { constructor() { super(); console.log(super.x) // 2 } } let b = new B(); 

上面代碼中,屬性x是定義在A.prototype上面的,所以super.x可以取到它的值。

ES6 規定,在子類普通方法中通過super調用父類的方法時,方法內部的this指向當前的子類實例。

class A { constructor() { this.x = 1; } print() { console.log(this.x); } } class B extends A { constructor() { super(); this.x = 2; } m() { super.print(); } } let b = new B(); b.m() // 2 

上面代碼中,super.print()雖然調用的是A.prototype.print(),但是A.prototype.print()內部的this指向子類B的實例,導致輸出的是2,而不是1。也就是說,實際上執行的是super.print.call(this)

由於this指向子類實例,所以如果通過super對某個屬性賦值,這時super就是this,賦值的屬性會變成子類實例的屬性。

class A { constructor() { this.x = 1; } } class B extends A { constructor() { super(); this.x = 2; super.x = 3; console.log(super.x); // undefined console.log(this.x); // 3 } } let b = new B(); 

上面代碼中,super.x賦值為3,這時等同於對this.x賦值為3。而當讀取super.x的時候,讀的是A.prototype.x,所以返回undefined

如果super作為對象,用在靜態方法之中,這時super將指向父類,而不是父類的原型對象。

class Parent { static myMethod(msg) { console.log('static', msg); } myMethod(msg) { console.log('instance', msg); } } class Child extends Parent { static myMethod(msg) { super.myMethod(msg); } myMethod(msg) { super.myMethod(msg); } } Child.myMethod(1); // static 1 var child = new Child(); child.myMethod(2); // instance 2 

上面代碼中,super在靜態方法之中指向父類,在普通方法之中指向父類的原型對象。

另外,在子類的靜態方法中通過super調用父類的方法時,方法內部的this指向當前的子類,而不是子類的實例。

class A { constructor() { this.x = 1; } static print() { console.log(this.x); } } class B extends A { constructor() { super(); this.x = 2; } static m() { super.print(); } } B.x = 3; B.m() // 3 

上面代碼中,靜態方法B.m里面,super.print指向父類的靜態方法。這個方法里面的this指向的是B,而不是B的實例。

注意,使用super的時候,必須顯式指定是作為函數、還是作為對象使用,否則會報錯。

class A {} class B extends A { constructor() { super(); console.log(super); // 報錯 } } 

上面代碼中,console.log(super)當中的super,無法看出是作為函數使用,還是作為對象使用,所以 JavaScript 引擎解析代碼的時候就會報錯。這時,如果能清晰地表明super的數據類型,就不會報錯。

class A {} class B extends A { constructor() { super(); console.log(super.valueOf() instanceof B); // true } } let b = new B(); 

上面代碼中,super.valueOf()表明super是一個對象,因此就不會報錯。同時,由於super使得this指向B的實例,所以super.valueOf()返回的是一個B的實例。

最后,由於對象總是繼承其他對象的,所以可以在任意一個對象中,使用super關鍵字。

var obj = { toString() { return "MyObject: " + super.toString(); } }; obj.toString(); // MyObject: [object Object] 

類的 prototype 屬性和__proto__屬性

大多數瀏覽器的 ES5 實現之中,每一個對象都有__proto__屬性,指向對應的構造函數的prototype屬性。Class 作為構造函數的語法糖,同時有prototype屬性和__proto__屬性,因此同時存在兩條繼承鏈。

(1)子類的__proto__屬性,表示構造函數的繼承,總是指向父類。

(2)子類prototype屬性的__proto__屬性,表示方法的繼承,總是指向父類的prototype屬性。

class A { } class B extends A { } B.__proto__ === A // true B.prototype.__proto__ === A.prototype // true 

上面代碼中,子類B__proto__屬性指向父類A,子類Bprototype屬性的__proto__屬性指向父類Aprototype屬性。

這樣的結果是因為,類的繼承是按照下面的模式實現的。

class A { } class B { }  // B 的實例繼承 A 的實例 Object.setPrototypeOf(B.prototype, A.prototype);  // B 繼承 A 的靜態屬性 Object.setPrototypeOf(B, A); const b = new B(); 

《對象的擴展》一章給出過Object.setPrototypeOf方法的實現。

Object.setPrototypeOf = function (obj, proto) { obj.__proto__ = proto; return obj; } 

因此,就得到了上面的結果。

Object.setPrototypeOf(B.prototype, A.prototype); // 等同於 B.prototype.__proto__ = A.prototype; Object.setPrototypeOf(B, A); // 等同於 B.__proto__ = A; 

這兩條繼承鏈,可以這樣理解:作為一個對象,子類(B)的原型(__proto__屬性)是父類(A);作為一個構造函數,子類(B)的原型對象(prototype屬性)是父類的原型對象(prototype屬性)的實例。

Object.create(A.prototype); // 等同於 B.prototype.__proto__ = A.prototype; 

extends關鍵字后面可以跟多種類型的值。

class B extends A { } 

上面代碼的A,只要是一個有prototype屬性的函數,就能被B繼承。由於函數都有prototype屬性(除了Function.prototype函數),因此A可以是任意函數。

下面,討論兩種情況。第一種,子類繼承Object類。

class A extends Object { } A.__proto__ === Object // true A.prototype.__proto__ === Object.prototype // true 

這種情況下,A其實就是構造函數Object的復制,A的實例就是Object的實例。

第二種情況,不存在任何繼承。

class A { } A.__proto__ === Function.prototype // true A.prototype.__proto__ === Object.prototype // true 

這種情況下,A作為一個基類(即不存在任何繼承),就是一個普通函數,所以直接繼承Function.prototype。但是,A調用后返回一個空對象(即Object實例),所以A.prototype.__proto__指向構造函數(Object)的prototype屬性。

實例的 __proto__ 屬性

子類實例的__proto__屬性的__proto__屬性,指向父類實例的__proto__屬性。也就是說,子類的原型的原型,是父類的原型。

var p1 = new Point(2, 3); var p2 = new ColorPoint(2, 3, 'red'); p2.__proto__ === p1.__proto__ // false p2.__proto__.__proto__ === p1.__proto__ // true 

上面代碼中,ColorPoint繼承了Point,導致前者原型的原型是后者的原型。

因此,通過子類實例的__proto__.__proto__屬性,可以修改父類實例的行為。

p2.__proto__.__proto__.printName = function () { console.log('Ha'); }; p1.printName() // "Ha" 

上面代碼在ColorPoint的實例p2上向Point類添加方法,結果影響到了Point的實例p1

原生構造函數的繼承

原生構造函數是指語言內置的構造函數,通常用來生成數據結構。ECMAScript 的原生構造函數大致有下面這些。

  • Boolean()
  • Number()
  • String()
  • Array()
  • Date()
  • Function()
  • RegExp()
  • Error()
  • Object()

以前,這些原生構造函數是無法繼承的,比如,不能自己定義一個Array的子類。

function MyArray() { Array.apply(this, arguments); } MyArray.prototype = Object.create(Array.prototype, { constructor: { value: MyArray, writable: true, configurable: true, enumerable: true } }); 

上面代碼定義了一個繼承 Array 的MyArray類。但是,這個類的行為與Array完全不一致。

var colors = new MyArray(); colors[0] = "red"; colors.length  // 0 colors.length = 0; colors[0]  // "red" 

之所以會發生這種情況,是因為子類無法獲得原生構造函數的內部屬性,通過Array.apply()或者分配給原型對象都不行。原生構造函數會忽略apply方法傳入的this,也就是說,原生構造函數的this無法綁定,導致拿不到內部屬性。

ES5 是先新建子類的實例對象this,再將父類的屬性添加到子類上,由於父類的內部屬性無法獲取,導致無法繼承原生的構造函數。比如,Array構造函數有一個內部屬性[[DefineOwnProperty]],用來定義新屬性時,更新length屬性,這個內部屬性無法在子類獲取,導致子類的length屬性行為不正常。

下面的例子中,我們想讓一個普通對象繼承Error對象。

var e = {}; Object.getOwnPropertyNames(Error.call(e)) // [ 'stack' ] Object.getOwnPropertyNames(e) // [] 

上面代碼中,我們想通過Error.call(e)這種寫法,讓普通對象e具有Error對象的實例屬性。但是,Error.call()完全忽略傳入的第一個參數,而是返回一個新對象,e本身沒有任何變化。這證明了Error.call(e)這種寫法,無法繼承原生構造函數。

ES6 允許繼承原生構造函數定義子類,因為 ES6 是先新建父類的實例對象this,然后再用子類的構造函數修飾this,使得父類的所有行為都可以繼承。下面是一個繼承Array的例子。

class MyArray extends Array { constructor(...args) { super(...args); } } var arr = new MyArray(); arr[0] = 12; arr.length // 1 arr.length = 0; arr[0] // undefined 

上面代碼定義了一個MyArray類,繼承了Array構造函數,因此就可以從MyArray生成數組的實例。這意味着,ES6 可以自定義原生數據結構(比如ArrayString等)的子類,這是 ES5 無法做到的。

上面這個例子也說明,extends關鍵字不僅可以用來繼承類,還可以用來繼承原生的構造函數。因此可以在原生數據結構的基礎上,定義自己的數據結構。下面就是定義了一個帶版本功能的數組。

class VersionedArray extends Array { constructor() { super(); this.history = [[]]; } commit() { this.history.push(this.slice()); } revert() { this.splice(0, this.length, ...this.history[this.history.length - 1]); } } var x = new VersionedArray(); x.push(1); x.push(2); x // [1, 2] x.history // [[]] x.commit(); x.history // [[], [1, 2]] x.push(3); x // [1, 2, 3] x.history // [[], [1, 2]] x.revert(); x // [1, 2] 

上面代碼中,VersionedArray會通過commit方法,將自己的當前狀態生成一個版本快照,存入history屬性。revert方法用來將數組重置為最新一次保存的版本。除此之外,VersionedArray依然是一個普通數組,所有原生的數組方法都可以在它上面調用。

下面是一個自定義Error子類的例子,可以用來定制報錯時的行為。

class ExtendableError extends Error { constructor(message) { super(); this.message = message; this.stack = (new Error()).stack; this.name = this.constructor.name; } } class MyError extends ExtendableError { constructor(m) { super(m); } } var myerror = new MyError('ll'); myerror.message // "ll" myerror instanceof Error // true myerror.name // "MyError" myerror.stack // Error // at MyError.ExtendableError // ... 

注意,繼承Object的子類,有一個行為差異

class NewObj extends Object{ constructor(){ super(...arguments); } } var o = new NewObj({attr: true}); o.attr === true  // false 

上面代碼中,NewObj繼承了Object,但是無法通過super方法向父類Object傳參。這是因為 ES6 改變了Object構造函數的行為,一旦發現Object方法不是通過new Object()這種形式調用,ES6 規定Object構造函數會忽略參數。

Mixin 模式的實現

Mixin 指的是多個對象合成一個新的對象,新對象具有各個組成成員的接口。它的最簡單實現如下。

const a = { a: 'a' }; const b = { b: 'b' }; const c = {...a, ...b}; // {a: 'a', b: 'b'} 

上面代碼中,c對象是a對象和b對象的合成,具有兩者的接口。

下面是一個更完備的實現,將多個類的接口“混入”(mix in)另一個類。

function mix(...mixins) { class Mix { constructor() { for (let mixin of mixins) { copyProperties(this, new mixin()); // 拷貝實例屬性 } } } for (let mixin of mixins) { copyProperties(Mix, mixin); // 拷貝靜態屬性 copyProperties(Mix.prototype, mixin.prototype); // 拷貝原型屬性 } return Mix; } function copyProperties(target, source) { for (let key of Reflect.ownKeys(source)) { if ( key !== 'constructor' && key !== 'prototype' && key !== 'name' ) { let desc = Object.getOwnPropertyDescriptor(source, key); Object.defineProperty(target, key, desc); } } } 

上面代碼的mix函數,可以將多個對象合成為一個類。使用的時候,只要繼承這個類即可。

class DistributedEdit extends mix(Loggable, Serializable) {  // ... } 


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