ECMAScript Class 的继承

ecmascript

让子类继承父类的属性和方法

Class 的继承

简介

Class 可以通过extends关键字实现继承，让子类继承父类的属性和方法。extends 的写法比 ES5 的原型链继承，要清晰和方便很多。

class Point {
}
 
class ColorPoint extends Point {
}

上面示例中，Point是父类，ColorPoint是子类，它通过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 Point { /* ... */ }
 
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()
  }
}

上面示例中，constructor()方法和toString()方法内部，都出现了super关键字。super在这里表示父类的构造函数，用来新建一个父类的实例对象。

ES6 规定，子类必须在constructor()方法中调用super()，否则就会报错。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，添加子类自己的实例属性和方法。如果不调用super()方法，子类就得不到自己的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()，导致新建实例时报错。

为什么子类的构造函数，一定要调用super()？原因就在于 ES6 的继承机制，与 ES5 完全不同。ES5 的继承机制，是先创造一个独立的子类的实例对象，然后再将父类的方法添加到这个对象上面，即“实例在前，继承在后”。ES6 的继承机制，则是先将父类的属性和方法，加到一个空的对象上面，然后再将该对象作为子类的实例，即“继承在前，实例在后”。这就是为什么 ES6 的继承必须先调用super()方法，因为这一步会生成一个继承父类的this对象，没有这一步就无法继承父类。

注意，这意味着新建子类实例时，父类的构造函数必定会先运行一次。

class Foo {
  constructor() {
    console.log(1);
  }
}
 
class Bar extends Foo {
  constructor() {
    super();
    console.log(2);
  }
}
 
const bar = new Bar();
// 1
// 2

上面示例中，子类 Bar 新建实例时，会输出1和2。原因就是子类构造函数调用super()时，会执行一次父类构造函数。

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，必须先完成父类的继承，只有super()方法才能让子类实例继承父类。

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()之后就是正确的。

如果子类没有定义constructor()方法，这个方法会默认添加，并且里面会调用super()。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);
  }
}

有了子类的定义，就可以生成子类的实例了。

let cp = new ColorPoint(25, 8, 'green');
 
cp instanceof ColorPoint // true
cp instanceof Point // true

上面示例中，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。

私有属性和私有方法的继承

父类所有的属性和方法，都会被子类继承，除了私有的属性和方法。

子类无法继承父类的私有属性，或者说，私有属性只能在定义它的 class 里面使用。

class Foo {
  #p = 1;
  #m() {
    console.log('hello');
  }
}
 
class Bar extends Foo {
  constructor() {
    super();
    console.log(this.#p); // 报错
    this.#m(); // 报错
  }
}

上面示例中，子类 Bar 调用父类 Foo 的私有属性或私有方法，都会报错。

如果父类定义了私有属性的读写方法，子类就可以通过这些方法，读写私有属性。

class Foo {
  #p = 1;
  getP() {
    return this.#p;
  }
}
 
class Bar extends Foo {
  constructor() {
    super();
    console.log(this.getP()); // 1
  }
}

上面示例中，getP()是父类用来读取私有属性的方法，通过该方法，子类就可以读到父类的私有属性。

静态属性和静态方法的继承

父类的静态属性和静态方法，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。

注意，静态属性是通过浅拷贝实现继承的。

class A { static foo = 100; }
class B extends A {
  constructor() {
    super();
    B.foo--;
  }
}
 
const b = new B();
B.foo // 99
A.foo // 100

上面示例中，foo是 A 类的静态属性，B 类继承了 A 类，因此也继承了这个属性。但是，在 B 类内部操作B.foo这个静态属性，影响不到A.foo，原因就是 B 类继承静态属性时，会采用浅拷贝，拷贝父类静态属性的值，因此A.foo和B.foo是两个彼此独立的属性。

但是，由于这种拷贝是浅拷贝，如果父类的静态属性的值是一个对象，那么子类的静态属性也会指向这个对象，因为浅拷贝只会拷贝对象的内存地址。

class A {
  static foo = { n: 100 };
}
 
class B extends A {
  constructor() {
    super();
    B.foo.n--;
  }
}
 
const b = new B();
B.foo.n // 99
A.foo.n // 99

上面示例中，A.foo的值是一个对象，浅拷贝导致B.foo和A.foo指向同一个对象。所以，子类B修改这个对象的属性值，会影响到父类A。

Object.getPrototypeOf()

Object.getPrototypeOf()方法可以用来从子类上获取父类。

class Point { /*...*/ }
 
class ColorPoint extends Point { /*...*/ }
 
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。

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，否则报错。

调用super()的作用是形成子类的this对象，把父类的实例属性和方法放到这个this对象上面。子类在调用super()之前，是没有this对象的，任何对this的操作都要放在super()的后面。

注意，这里的super虽然代表了父类的构造函数，但是因为返回的是子类的this（即子类的实例对象），所以super内部的this代表子类的实例，而不是父类的实例，这里的super()相当于A.prototype.constructor.call(this)（在子类的this上运行父类的构造函数）。

class A {
  constructor() {
    console.log(new.target.name);
  }
}
class B extends A {
  constructor() {
    super();
  }
}
new A() // A
new B() // B

上面示例中，new.target指向当前正在执行的函数。可以看到，在super()执行时（new B()），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。

不过，由于super()在子类构造方法中执行时，子类的属性和方法还没有绑定到this，所以如果存在同名属性，此时拿到的是父类的属性。

class A {
  name = 'A';
  constructor() {
    console.log('My name is ' + this.name);
  }
}
 
class B extends A {
  name = 'B';
}
 
const b = new B(); // My name is A

上面示例中，最后一行输出的是A，而不是B，原因就在于super()执行时，B的name属性还没有绑定到this，所以this.name拿到的是A类的name属性。

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]

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。

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。

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) {
  // ...
}