# 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 {
    }
    
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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()
      }
    }
    
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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
    
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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);
      }
    }
    
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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
      }
    }
    
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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
    
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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
    
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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
    
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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();
      }
    }
    
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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
    
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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
      }
    }
    
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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();
    
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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
    
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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();
    
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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
    
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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();
    
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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
    
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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
    
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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
      }
    }
    
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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();
    
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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]
    
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# 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
    
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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();
    
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《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;
    }
    
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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;
    
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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;
    
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extends关键字后面可以跟多种类型的值。


    class B extends A {
    }
    
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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
    
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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
    
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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
    
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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"
    
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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
      }
    });
    
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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"
    
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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)
    // []
    
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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
    
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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]);
      }
    }
    
    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]
    
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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
    //     ...
    
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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
    
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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'}
    
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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);
        }
      }
    }
    
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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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