ES6 Class 的繼承

2020-06-11 14:44 更新

1. 簡介

Class 可以通過extends關(guān)鍵字實現(xiàn)繼承，這比 ES5 的通過修改原型鏈實現(xiàn)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(guān)鍵字，繼承了 Point 類的所有屬性和方法。但是由于沒有部署任何代碼，所以這兩個類完全一樣，等于復制了一個 Point 類。下面，我們在 ColorPoint 內(nèi)部加上代碼。

class ColorPoint extends Point {
  constructor(x, y, color) {
    super(x, y); // 調(diào)用父類的constructor(x, y)
    this.color = color;
  }


  toString() {
    return this.color + ' ' + super.toString(); // 調(diào)用父類的toString()
  }
}

上面代碼中， constructor 方法和 toString 方法之中，都出現(xiàn)了 super 關(guān)鍵字，它在這里表示父類的構(gòu)造函數(shù)，用來新建父類的 this 對象。

子類必須在 constructor 方法中調(diào)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(gòu)造函數(shù)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(diào)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(gòu)造函數(shù)沒有調(diào)用 super 方法，導致新建實例時報錯。

ES5 的繼承，實質(zhì)是先創(chuàng)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(zhì)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(diào)用 super 方法），然后再用子類的構(gòu)造函數(shù)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 {
}


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

另一個需要注意的地方是，在子類的構(gòu)造函數(shù)中，只有調(diào)用 super 之后，才可以使用 this 關(guān)鍵字，否則會報錯。這是因為子類實例的構(gòu)建，基于父類實例，只有 super 方法才能調(diào)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(diào)用 super 之前，就使用 this 關(guān)鍵字，結(jié)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 ColorPoint 和 Point 兩個類的實例，這與 ES5 的行為完全一致。

最后，父類的靜態(tài)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() 是 A 類的靜態(tài)方法， B 繼承 A ，也繼承了 A 的靜態(tài)方法。

2. 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。

3. super 關(guān)鍵字

super這個關(guān)鍵字，既可以當作函數(shù)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(shù)調(diào)用時，代表父類的構(gòu)造函數(shù)。ES6 要求，子類的構(gòu)造函數(shù)必須執(zhí)行一次 super 函數(shù)。

class A {}


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

上面代碼中，子類 B 的構(gòu)造函數(shù)之中的 super() ，代表調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)。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(gòu)造函數(shù)，但是返回的是子類 B 的實例，即 super 內(nèi)部的 this 指的是 B 的實例，因此 super() 在這里相當于 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(zhí)行的函數(shù)。可以看到，在 super() 執(zhí)行時，它指向的是子類 B 的構(gòu)造函數(shù)，而不是父類 A 的構(gòu)造函數(shù)。也就是說， super() 內(nèi)部的 this 指向的是 B 。

作為函數(shù)時， super() 只能用在子類的構(gòu)造函數(shù)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，就會造成語法錯誤。

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(tài)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() 就相當于 A.prototype.p() 。

這里需要注意，由于 super 指向父類的原型對象，所以定義在父類實例上的方法或?qū)傩裕菬o法通過 super 調(diào)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(guī)定，在子類普通方法中通過 super 調(diào)用父類的方法時，方法內(nèi)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(diào)用的是 A.prototype.print() ，但是 A.prototype.print() 內(nèi)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(zhí)行的是 super.print.call(this) 。

由于 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 ，這時等同于對 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(tài)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(tài)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(tài)方法中通過 super 調(diào)用父類的方法時，方法內(nèi)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(tài)方法 B.m 里面， super.print 指向父類的靜態(tài)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(shù)、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(shù)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(shù)據(jù)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，由于 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，由于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(guān)鍵字。

var obj = {
  toString() {
    return "MyObject: " + super.toString();
  }
};


obj.toString(); // MyObject: [object Object]

4. 類的 prototype 屬性和proto屬性

大多數(shù)瀏覽器的 ES5 實現(xiàn)之中，每一個對象都有 __proto__ 屬性，指向?qū)?yīng)的構(gòu)造函數(shù)的 prototype 屬性。Class 作為構(gòu)造函數(shù)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(gòu)造函數(shù)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 的 proto 屬性指向父類 A ，子類 B 的 prototype 屬性的 proto 屬性指向父類 A 的 prototype 屬性。

這樣的結(jié)果是因為，類的繼承是按照下面的模式實現(xiàn)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(tài)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(xiàn)。

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

因此，就得到了上面的結(jié)果。

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


Object.setPrototypeOf(B, A);
// 等同于
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(gòu)造函數(shù)，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。

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

extends 關(guān)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(shù)，就能被 B 繼承。由于函數(shù)都有 prototype 屬性（除了 Function.prototype 函數(shù)），因此 A 可以是任意函數(shù)。

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(gòu)造函數(shù) 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(shù)，所以直接繼承 Function.prototype 。但是， A 調(diào)用后返回一個空對象（即 Object 實例），所以 A.prototype.proto 指向構(gòu)造函數(shù)（ 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(jié)果影響到了 Point 的實例 p1 。

5. 原生構(gòu)造函數(shù)的繼承

原生構(gòu)造函數(shù)是指語言內(nèi)置的構(gòu)造函數(shù)，通常用來生成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。ECMAScript 的原生構(gòu)造函數(shù)大致有下面這些。

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

以前，這些原生構(gòu)造函數(shù)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(fā)生這種情況，是因為子類無法獲得原生構(gòu)造函數(shù)的內(nèi)部屬性，通過 Array.apply() 或者分配給原型對象都不行。原生構(gòu)造函數(shù)會忽略 apply 方法傳入的 this ，也就是說，原生構(gòu)造函數(shù)的 this 無法綁定，導致拿不到內(nèi)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，由于父類的內(nèi)部屬性無法獲取，導致無法繼承原生的構(gòu)造函數(shù)。比如， Array 構(gòu)造函數(shù)有一個內(nèi)部屬性 [[DefineOwnProperty]] ，用來定義新屬性時，更新 length 屬性，這個內(nèi)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(shù)，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(gòu)造函數(shù)。

ES6 允許繼承原生構(gòu)造函數(shù)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(gòu)造函數(shù)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(gòu)造函數(shù)，因此就可以從 MyArray 生成數(shù)組的實例。這意味著，ES6 可以自定義原生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（比如 Array 、 String 等）的子類，這是 ES5 無法做到的。

上面這個例子也說明， extends 關(guān)鍵字不僅可以用來繼承類，還可以用來繼承原生的構(gòu)造函數(shù)。因此可以在原生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，定義自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。下面就是定義了一個帶版本功能的數(shù)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(tài)生成一個版本快照，存入 history 屬性。 revert 方法用來將數(shù)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(shù)組，所有原生的數(shù)組方法都可以在它上面調(diào)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(gòu)造函數(shù)的行為，一旦發(fā)現(xiàn) Object 方法不是通過 new Object() 這種形式調(diào)用，ES6 規(guī)定 Object 構(gòu)造函數(shù)會忽略參數(shù)。

6. Mixin 模式的實現(xiàn)

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(xiàn)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(xiàn)，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(tài)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(shù)，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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