Class 的继承

阮一峰 ... 2019-10-23 JavaScript 大约 13 分钟

# Class 的继承

# 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 {}
1
2
3

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()
  }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

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
1
2
3
4
5
6
7
8
9

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);
  }
}
1
2
3
4
5
6
7
8

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
  }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

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
1
2
3
4

上面代码中,实例对象cp同时是ColorPointPoint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
1
2
3
4
5
6
7
8
9

上面代码中,hello()A类的静态方法,B继承A,也继承了A的静态方法。

# Object.getPrototypeOf()

Object.getPrototypeOf方法可以用来从子类上获取父类。

Object.getPrototypeOf(ColorPoint) === Point;
// true
1
2

因此,可以使用这个方法判断,一个类是否继承了另一个类。

# 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();
  }
}
1
2
3
4
5
6
7

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,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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

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
  }
}
1
2
3
4
5
6
7

上面代码中,super()用在B类的m方法之中,就会造成句法错误。

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();
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

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();
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

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();
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

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

let child = new Child();
child.myMethod(2); // instance 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

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
  }
}
1
2
3
4
5
6
7
8

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();
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

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。

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

obj.toString(); // MyObject: [object Object]
1
2
3
4
5
6
7

# 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
1
2
3
4
5
6

上面代码中,子类B__proto__属性指向父类A,子类Bprototype属性的__proto__属性指向父类Aprototype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();
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

《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;
};
1
2
3
4

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;
1
2
3
4
5
6
7

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。

Object.create(A.prototype);
// 等同于
B.prototype.__proto__ = A.prototype;
1
2
3

extends关键字后面可以跟多种类型的值。

class B extends A {}
1

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
1
2
3
4

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
1
2
3
4

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。

let p1 = new Point(2, 3);
let p2 = new ColorPoint(2, 3, "red");

p2.__proto__ === p1.__proto__; // false
p2.__proto__.__proto__ === p1.__proto__; // true
1
2
3
4
5

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"
1
2
3
4
5

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

# 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,
  },
});
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

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。

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

colors.length = 0;
colors[0]; // "red"
1
2
3
4
5
6

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。

let e = {};

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

Object.getOwnPropertyNames(e);
// []
1
2
3
4
5
6
7

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);
  }
}

let arr = new MyArray();
arr[0] = 12;
arr.length; // 1

arr.length = 0;
arr[0]; // undefined
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

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ArrayString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]);
  }
}

let 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]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

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);
  }
}

let myerror = new MyError("ll");
myerror.message; // "ll"
myerror instanceof Error; // true
myerror.name; // "MyError"
myerror.stack;
// Error
//     at MyError.ExtendableError
//     ...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

注意,继承Object的子类,有一个行为差异

class NewObj extends Object {
  constructor() {
    super(...arguments);
  }
}
let o = new NewObj({ attr: true });
o.attr === true; // false
1
2
3
4
5
6
7

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。

# 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'}
1
2
3
4
5
6
7

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 {}

  for (let mixin of mixins) {
    copyProperties(Mix.prototype, mixin); // 拷贝实例属性
    copyProperties(Mix.prototype, Reflect.getPrototypeOf(mixin)); // 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);
    }
  }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

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) {
  // ...
}
1
2
3