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ES6 Class 的继承
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ES6 Class 的继承

2020-06-10 09:44:36 更新

1. 简介

Class 可以通过extends关键字实现继承，这比 ES5 的通过修改原型链实现继承，要清晰和方便很多。

class Point {
}


class ColorPoint extends Point {
}

上面代码定义了一个 ColorPoint 类，该类通过 extends 关键字，继承了 Point 类的所有属性和方法。但是由于没有部署任何代码，所以这两个类完全一样，等于复制了一个 Point 类。下面，我们在 ColorPoint 内部加上代码。

class ColorPoint extends Point {
  constructor(x, y, color) {
    super(x, y); // 调用父类的constructor(x, y)
    this.color = color;
  }


  toString() {
    return this.color + ' ' + super.toString(); // 调用父类的toString()
  }
}

上面代码中， constructor 方法和 toString 方法之中，都出现了 super 关键字，它在这里表示父类的构造函数，用来新建父类的 this 对象。

子类必须在 constructor 方法中调用 super 方法，否则新建实例时会报错。这是因为子类自己的 this 对象，必须先通过父类的构造函数完成塑造，得到与父类同样的实例属性和方法，然后再对其进行加工，加上子类自己的实例属性和方法。如果不调用 super 方法，子类就得不到 this 对象。

class Point { /* ... */ }


class ColorPoint extends Point {
  constructor() {
  }
}


let cp = new ColorPoint(); // ReferenceError

上面代码中， ColorPoint 继承了父类 Point ，但是它的构造函数没有调用 super 方法，导致新建实例时报错。

ES5 的继承，实质是先创造子类的实例对象 this ，然后再将父类的方法添加到 this 上面（ Parent.apply(this) ）。ES6 的继承机制完全不同，实质是先将父类实例对象的属性和方法，加到 this 上面（所以必须先调用 super 方法），然后再用子类的构造函数修改 this 。

如果子类没有定义 constructor 方法，这个方法会被默认添加，代码如下。也就是说，不管有没有显式定义，任何一个子类都有 constructor 方法。

class ColorPoint extends Point {
}


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

另一个需要注意的地方是，在子类的构造函数中，只有调用 super 之后，才可以使用 this 关键字，否则会报错。这是因为子类实例的构建，基于父类实例，只有 super 方法才能调用父类实例。

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; // 正确
  }
}

上面代码中，子类的 constructor 方法没有调用 super 之前，就使用 this 关键字，结果报错，而放在 super 方法之后就是正确的。

下面是生成子类实例的代码。

let cp = new ColorPoint(25, 8, 'green');


cp instanceof ColorPoint // true
cp instanceof Point // true

上面代码中，实例对象 cp 同时是 ColorPoint 和 Point 两个类的实例，这与 ES5 的行为完全一致。

最后，父类的静态方法，也会被子类继承。

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


class B extends A {
}


B.hello()  // hello world

上面代码中， hello() 是 A 类的静态方法， B 继承 A ，也继承了 A 的静态方法。

2. Object.getPrototypeOf()

Object.getPrototypeOf 方法可以用来从子类上获取父类。

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

因此，可以使用这个方法判断，一个类是否继承了另一个类。

3. super 关键字

super这个关键字，既可以当作函数使用，也可以当作对象使用。在这两种情况下，它的用法完全不同。

第一种情况， super 作为函数调用时，代表父类的构造函数。ES6 要求，子类的构造函数必须执行一次 super 函数。

class A {}


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

上面代码中，子类 B 的构造函数之中的 super() ，代表调用父类的构造函数。这是必须的，否则 JavaScript 引擎会报错。

注意， super 虽然代表了父类 A 的构造函数，但是返回的是子类 B 的实例，即 super 内部的 this 指的是 B 的实例，因此 super() 在这里相当于 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

上面代码中， new.target 指向当前正在执行的函数。可以看到，在 super() 执行时，它指向的是子类 B 的构造函数，而不是父类 A 的构造函数。也就是说， super() 内部的 this 指向的是 B 。

作为函数时， super() 只能用在子类的构造函数之中，用在其他地方就会报错。

class A {}


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

上面代码中， super() 用在 B 类的 m 方法之中，就会造成语法错误。

第二种情况， super 作为对象时，在普通方法中，指向父类的原型对象；在静态方法中，指向父类。

class A {
  p() {
    return 2;
  }
}


class B extends A {
  constructor() {
    super();
    console.log(super.p()); // 2
  }
}


let b = new B();

上面代码中，子类 B 当中的 super.p() ，就是将 super 当作一个对象使用。这时， super 在普通方法之中，指向 A.prototype ，所以 super.p() 就相当于 A.prototype.p() 。

这里需要注意，由于 super 指向父类的原型对象，所以定义在父类实例上的方法或属性，是无法通过 super 调用的。

class A {
  constructor() {
    this.p = 2;
  }
}


class B extends A {
  get m() {
    return super.p;
  }
}


let b = new B();
b.m // undefined

上面代码中， p 是父类 A 实例的属性， super.p 就引用不到它。

如果属性定义在父类的原型对象上， 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();

上面代码中，属性 x 是定义在 A.prototype 上面的，所以 super.x 可以取到它的值。

ES6 规定，在子类普通方法中通过 super 调用父类的方法时，方法内部的 this 指向当前的子类实例。

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

上面代码中， super.print() 虽然调用的是 A.prototype.print() ，但是 A.prototype.print() 内部的 this 指向子类 B 的实例，导致输出的是 2 ，而不是 1 。也就是说，实际上执行的是 super.print.call(this) 。

由于 this 指向子类实例，所以如果通过 super 对某个属性赋值，这时 super 就是 this ，赋值的属性会变成子类实例的属性。

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();

上面代码中， super.x 赋值为 3 ，这时等同于对 this.x 赋值为 3 。而当读取 super.x 的时候，读的是 A.prototype.x ，所以返回 undefined 。

如果 super 作为对象，用在静态方法之中，这时 super 将指向父类，而不是父类的原型对象。

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

上面代码中， super 在静态方法之中指向父类，在普通方法之中指向父类的原型对象。

另外，在子类的静态方法中通过 super 调用父类的方法时，方法内部的 this 指向当前的子类，而不是子类的实例。

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

上面代码中，静态方法 B.m 里面， super.print 指向父类的静态方法。这个方法里面的 this 指向的是 B ，而不是 B 的实例。

注意，使用 super 的时候，必须显式指定是作为函数、还是作为对象使用，否则会报错。

class A {}


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

上面代码中， console.log(super) 当中的 super ，无法看出是作为函数使用，还是作为对象使用，所以 JavaScript 引擎解析代码的时候就会报错。这时，如果能清晰地表明 super 的数据类型，就不会报错。

class A {}


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


let b = new B();

上面代码中， super.valueOf() 表明 super 是一个对象，因此就不会报错。同时，由于 super 使得 this 指向 B 的实例，所以 super.valueOf() 返回的是一个 B 的实例。

最后，由于对象总是继承其他对象的，所以可以在任意一个对象中，使用 super 关键字。

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


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

4. 类的 prototype 属性和proto属性

大多数浏览器的 ES5 实现之中，每一个对象都有 __proto__ 属性，指向对应的构造函数的 prototype 属性。Class 作为构造函数的语法糖，同时有 prototype 属性和 proto 属性，因此同时存在两条继承链。

（1）子类的 proto 属性，表示构造函数的继承，总是指向父类。

（2）子类 prototype 属性的 proto 属性，表示方法的继承，总是指向父类的 prototype 属性。

class A {
}


class B extends A {
}


B.__proto__ === A // true
B.prototype.__proto__ === A.prototype // true

上面代码中，子类 B 的 proto 属性指向父类 A ，子类 B 的 prototype 属性的 proto 属性指向父类 A 的 prototype 属性。

这样的结果是因为，类的继承是按照下面的模式实现的。

class A {
}


class B {
}


// B 的实例继承 A 的实例
Object.setPrototypeOf(B.prototype, A.prototype);


// B 继承 A 的静态属性
Object.setPrototypeOf(B, A);


const b = new B();

《对象的扩展》一章给出过 Object.setPrototypeOf 方法的实现。

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

因此，就得到了上面的结果。

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


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

这两条继承链，可以这样理解：作为一个对象，子类（ B ）的原型（ proto 属性）是父类（ A ）；作为一个构造函数，子类（ B ）的原型对象（ prototype 属性）是父类的原型对象（ prototype 属性）的实例。

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

extends 关键字后面可以跟多种类型的值。

class B extends A {
}

上面代码的 A ，只要是一个有 prototype 属性的函数，就能被 B 继承。由于函数都有 prototype 属性（除了 Function.prototype 函数），因此 A 可以是任意函数。

下面，讨论两种情况。第一种，子类继承 Object 类。

class A extends Object {
}


A.__proto__ === Object // true
A.prototype.__proto__ === Object.prototype // true

这种情况下， A 其实就是构造函数 Object 的复制， A 的实例就是 Object 的实例。

第二种情况，不存在任何继承。

class A {
}


A.__proto__ === Function.prototype // true
A.prototype.__proto__ === Object.prototype // true

这种情况下， A 作为一个基类（即不存在任何继承），就是一个普通函数，所以直接继承 Function.prototype 。但是， A 调用后返回一个空对象（即 Object 实例），所以 A.prototype.proto 指向构造函数（ Object ）的 prototype 属性。

实例的 proto 属性

子类实例的 proto 属性的 proto 属性，指向父类实例的 proto 属性。也就是说，子类的原型的原型，是父类的原型。

var p1 = new Point(2, 3);
var p2 = new ColorPoint(2, 3, 'red');


p2.__proto__ === p1.__proto__ // false
p2.__proto__.__proto__ === p1.__proto__ // true

上面代码中， ColorPoint 继承了 Point ，导致前者原型的原型是后者的原型。

因此，通过子类实例的 proto.proto 属性，可以修改父类实例的行为。

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


p1.printName() // "Ha"

上面代码在 ColorPoint 的实例 p2 上向 Point 类添加方法，结果影响到了 Point 的实例 p1 。

5. 原生构造函数的继承

原生构造函数是指语言内置的构造函数，通常用来生成数据结构。ECMAScript 的原生构造函数大致有下面这些。

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

以前，这些原生构造函数是无法继承的，比如，不能自己定义一个 Array 的子类。

function MyArray() {
  Array.apply(this, arguments);
}


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

上面代码定义了一个继承 Array 的 MyArray 类。但是，这个类的行为与 Array 完全不一致。

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


colors.length = 0;
colors[0]  // "red"

之所以会发生这种情况，是因为子类无法获得原生构造函数的内部属性，通过 Array.apply() 或者分配给原型对象都不行。原生构造函数会忽略 apply 方法传入的 this ，也就是说，原生构造函数的 this 无法绑定，导致拿不到内部属性。

ES5 是先新建子类的实例对象 this ，再将父类的属性添加到子类上，由于父类的内部属性无法获取，导致无法继承原生的构造函数。比如， Array 构造函数有一个内部属性 [[DefineOwnProperty]] ，用来定义新属性时，更新 length 属性，这个内部属性无法在子类获取，导致子类的 length 属性行为不正常。

下面的例子中，我们想让一个普通对象继承 Error 对象。

var e = {};


Object.getOwnPropertyNames(Error.call(e))
// [ 'stack' ]


Object.getOwnPropertyNames(e)
// []

上面代码中，我们想通过 Error.call(e) 这种写法，让普通对象 e 具有 Error 对象的实例属性。但是， Error.call() 完全忽略传入的第一个参数，而是返回一个新对象， e 本身没有任何变化。这证明了 Error.call(e) 这种写法，无法继承原生构造函数。

ES6 允许继承原生构造函数定义子类，因为 ES6 是先新建父类的实例对象 this ，然后再用子类的构造函数修饰 this ，使得父类的所有行为都可以继承。下面是一个继承 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

上面代码定义了一个 MyArray 类，继承了 Array 构造函数，因此就可以从 MyArray 生成数组的实例。这意味着，ES6 可以自定义原生数据结构（比如 Array 、 String 等）的子类，这是 ES5 无法做到的。

上面这个例子也说明， extends 关键字不仅可以用来继承类，还可以用来继承原生的构造函数。因此可以在原生数据结构的基础上，定义自己的数据结构。下面就是定义了一个带版本功能的数组。

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]

上面代码中， VersionedArray 会通过 commit 方法，将自己的当前状态生成一个版本快照，存入 history 属性。 revert 方法用来将数组重置为最新一次保存的版本。除此之外， VersionedArray 依然是一个普通数组，所有原生的数组方法都可以在它上面调用。

下面是一个自定义 Error 子类的例子，可以用来定制报错时的行为。

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，继承 Object 的子类，有一个行为差异。

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

上面代码中， NewObj 继承了 Object ，但是无法通过 super 方法向父类 Object 传参。这是因为 ES6 改变了 Object 构造函数的行为，一旦发现 Object 方法不是通过 new Object() 这种形式调用，ES6 规定 Object 构造函数会忽略参数。

6. Mixin 模式的实现

Mixin 指的是多个对象合成一个新的对象，新对象具有各个组成成员的接口。它的最简单实现如下。

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

上面代码中， c 对象是 a 对象和 b 对象的合成，具有两者的接口。

下面是一个更完备的实现，将多个类的接口“混入”（mix in）另一个类。

function mix(...mixins) {
  class Mix {
    constructor() {
      for (let mixin of mixins) {
        copyProperties(this, new mixin()); // 拷贝实例属性
      }
    }
  }


  for (let mixin of mixins) {
    copyProperties(Mix, mixin); // 拷贝静态属性
    copyProperties(Mix.prototype, mixin.prototype); // 拷贝原型属性
  }


  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);
    }
  }
}

上面代码的 mix 函数，可以将多个对象合成为一个类。使用的时候，只要继承这个类即可。

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