ECMAScript 6 入門教程—Class 的繼承

作者 | 阮一峰

1、簡介

Class 可以通過extends關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)繼承，這比 ES5 的通過修改原型鏈實(shí)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(gè)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(gè)類完全一樣，等于復(fù)制了一個(gè)Point類。下面，我們?cè)贑olorPoint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(duì)象。

子類必須在constructor方法中調(diào)用super方法，否則新建實(shí)例時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)。這是因?yàn)樽宇愖约旱膖his對(duì)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(shí)例屬性和方法，然后再對(duì)其進(jìn)行加工，加上子類自己的實(shí)例屬性和方法。如果不調(diào)用super方法，子類就得不到this對(duì)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(dǎo)致新建實(shí)例時(shí)報(bào)錯(cuò)。

ES5 的繼承，實(shí)質(zhì)是先創(chuàng)造子類的實(shí)例對(duì)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(jī)制完全不同，實(shí)質(zhì)是先將父類實(shí)例對(duì)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(gè)方法會(huì)被默認(rèn)添加，代碼如下。也就是說，不管有沒有顯式定義，任何一個(gè)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(gè)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(huì)報(bào)錯(cuò)。這是因?yàn)樽宇悓?shí)例的構(gòu)建，基于父類實(shí)例，只有super方法才能調(diào)用父類實(shí)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(bào)錯(cuò)，而放在super方法之后就是正確的。

下面是生成子類實(shí)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(shí)例對(duì)象cp同時(shí)是ColorPoint和Point兩個(gè)類的實(shí)例，這與 ES5 的行為完全一致。

最后，父類的靜態(tài)方法，也會(huì)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(gè)方法判斷，一個(gè)類是否繼承了另一個(gè)類。

3、super 關(guān)鍵字

super這個(gè)關(guān)鍵字，既可以當(dāng)作函數(shù)使用，也可以當(dāng)作對(duì)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(shí)，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(huì)報(bào)錯(cuò)。

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(shí)例，即super內(nèi)部的this指的是B的實(shí)例，因此super()在這里相當(dāng)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(dāng)前正在執(zhí)行的函數(shù)。可以看到，在super()執(zhí)行時(shí)，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(shí)，super()只能用在子類的構(gòu)造函數(shù)之中，用在其他地方就會(huì)報(bào)錯(cuò)。

class A {}

class B extends A {
  m() {
    super(); // 報(bào)錯(cuò)
  }
}

上面代碼中，super()用在B類的m方法之中，就會(huì)造成語法錯(cuò)誤。

第二種情況，super作為對(duì)象時(shí)，在普通方法中，指向父類的原型對(duì)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(dāng)中的super.p()，就是將super當(dāng)作一個(gè)對(duì)象使用。這時(shí)，super在普通方法之中，指向A.prototype，所以super.p()就相當(dāng)于A.prototype.p()。

這里需要注意，由于super指向父類的原型對(duì)象，所以定義在父類實(shí)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(shí)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(duì)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(shí)，方法內(nèi)部的this指向當(dāng)前的子類實(shí)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(shí)例，導(dǎo)致輸出的是2，而不是1。也就是說，實(shí)際上執(zhí)行的是super.print.call(this)。

由于this指向子類實(shí)例，所以如果通過super對(duì)某個(gè)屬性賦值，這時(shí)super就是this，賦值的屬性會(huì)變成子類實(shí)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(shí)等同于對(duì)this.x賦值為3。而當(dāng)讀取super.x的時(shí)候，讀的是A.prototype.x，所以返回undefined。

如果super作為對(duì)象，用在靜態(tài)方法之中，這時(shí)super將指向父類，而不是父類的原型對(duì)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(duì)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(shí)，方法內(nèi)部的this指向當(dāng)前的子類，而不是子類的實(shí)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(gè)方法里面的this指向的是B，而不是B的實(shí)例。

注意，使用super的時(shí)候，必須顯式指定是作為函數(shù)、還是作為對(duì)象使用，否則會(huì)報(bào)錯(cuò)。

class A {}

class B extends A {
  constructor() {
    super();
    console.log(super); // 報(bào)錯(cuò)
  }
}

上面代碼中，console.log(super)當(dāng)中的super，無法看出是作為函數(shù)使用，還是作為對(duì)象使用，所以 JavaScript 引擎解析代碼的時(shí)候就會(huì)報(bào)錯(cuò)。這時(shí)，如果能清晰地表明super的數(shù)據(jù)類型，就不會(huì)報(bào)錯(cuò)。

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(gè)對(duì)象，因此就不會(huì)報(bào)錯(cuò)。同時(shí)，由于super使得this指向B的實(shí)例，所以super.valueOf()返回的是一個(gè)B的實(shí)例。

最后，由于對(duì)象總是繼承其他對(duì)象的，所以可以在任意一個(gè)對(duì)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(shí)現(xiàn)之中，每一個(gè)對(duì)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(shí)有prototype屬性和__proto__屬性，因此同時(shí)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?yàn)椋惖睦^承是按照下面的模式實(shí)現(xiàn)的。

class A {
}

class B {
}

// B 的實(shí)例繼承 A 的實(shí)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(duì)象的擴(kuò)展》一章給出過Object.setPrototypeOf方法的實(shí)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(gè)對(duì)象，子類（B）的原型（__proto__屬性）是父類（A）；作為一個(gè)構(gòu)造函數(shù)，子類（B）的原型對(duì)象（prototype屬性）是父類的原型對(duì)象（prototype屬性）的實(shí)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(gè)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(shí)就是構(gòu)造函數(shù)Object的復(fù)制，A的實(shí)例就是Object的實(shí)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(gè)基類（即不存在任何繼承），就是一個(gè)普通函數(shù)，所以直接繼承Function.prototype。但是，A調(diào)用后返回一個(gè)空對(duì)象（即Object實(shí)例），所以A.prototype.__proto__指向構(gòu)造函數(shù)（Object）的prototype屬性。

實(shí)例的 __proto__ 屬性

子類實(shí)例的__proto__屬性的__proto__屬性，指向父類實(shí)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(dǎo)致前者原型的原型是后者的原型。

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

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

p1.printName() // "Ha"

上面代碼在ColorPoint的實(shí)例p2上向Point類添加方法，結(jié)果影響到了Point的實(shí)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(gè)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(gè)繼承 Array 的MyArray類。但是，這個(gè)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(huì)發(fā)生這種情況，是因?yàn)樽宇悷o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(duì)象都不行。原生構(gòu)造函數(shù)會(huì)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(dǎo)致拿不到內(nèi)部屬性。

ES5 是先新建子類的實(shí)例對(duì)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(dǎo)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(gè)內(nèi)部屬性[[DefineOwnProperty]]，用來定義新屬性時(shí)，更新length屬性，這個(gè)內(nèi)部屬性無法在子類獲取，導(dǎo)致子類的length屬性行為不正常。

下面的例子中，我們想讓一個(gè)普通對(duì)象繼承Error對(duì)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(duì)象e具有Error對(duì)象的實(shí)例屬性。但是，Error.call()完全忽略傳入的第一個(gè)參數(shù)，而是返回一個(gè)新對(duì)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?yàn)?ES6 是先新建父類的實(shí)例對(duì)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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)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(gè)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(huì)通過commit方法，將自己的當(dāng)前狀態(tài)生成一個(gè)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(gè)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(gè)自定義Error子類的例子，可以用來定制報(bào)錯(cuò)時(shí)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(gè)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?yàn)?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(huì)忽略參數(shù)。

6、Mixin 模式的實(shí)現(xiàn)

Mixin 指的是多個(gè)對(duì)象合成一個(gè)新的對(duì)象，新對(duì)象具有各個(gè)組成成員的接口。它的最簡單實(shí)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(duì)象是a對(duì)象和b對(duì)象的合成，具有兩者的接口。

下面是一個(gè)更完備的實(shí)現(xiàn)，將多個(gè)類的接口“混入”（mix in）另一個(gè)類。

function mix(...mixins) {
  class Mix {
    constructor() {
      for (let mixin of mixins) {
        copyProperties(this, new mixin()); // 拷貝實(shí)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(gè)對(duì)象合成為一個(gè)類。使用的時(shí)候，只要繼承這個(gè)類即可。

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

本節(jié)完~

ECMAScript 6 入門教程—Iterator 和 for...of 循環(huán)

ECMAScript 6 入門教程—Promise 對(duì)象

ECMAScript 6 入門教程—Reflect

ECMAScript 6 入門教程—Proxy

ECMAScript 6 入門教程—Set 和 Map 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)