Class 的繼承 · ECMAScript 6 入門

# 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。 ```javascript 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`內部加上代碼。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript 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，基于父類實例，只有`super`方法才能調用父類實例。 ```javascript 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。 ```javascript 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，父類的靜態方法，也會被子類繼承。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript 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()`在這里相當于`A.prototype.constructor.call(this)`。 ```javascript 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。 ```javascript 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；在靜態方法中，指向父類。 ```javascript 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屬性，是無法通過`super`調用的。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript 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，用在靜態方法之中，這時`super`將指向父類，而不是父類的原型對象。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript 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`關鍵字。 ```javascript 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。 ```javascript 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。這樣的結果是因為，類的繼承是按照下面的模式實現的。 ```javascript 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。 ```javascript Object.setPrototypeOf = function (obj, proto) { obj.__proto__ = proto; return obj; } ``` 因此，就得到了上面的結果。 ```javascript 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。 ```javascript B.prototype = Object.create(A.prototype); // 等同于 B.prototype.__proto__ = A.prototype; ``` `extends`關鍵字后面可以跟多種類型的值。 ```javascript 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。由于函數都有`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。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript 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，由于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。 ```javascript 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。 ```javascript 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。這意味著，ES6 可以自定義原生數據結構（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。 ```javascript 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。 ```javascript 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](http://stackoverflow.com/questions/36203614/super-does-not-pass-arguments-when-instantiating-a-class-extended-from-object)。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript class DistributedEdit extends mix(Loggable, Serializable) { // ... } ```