class的继承

本文介绍ES6新标准中class的继承。节选自《ESMAScript 6 入门 —— 阮一峰》)

一、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。

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class Point {}

class ColorPoint extends Point {}

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);
        this.color = color;
    }

    toString() {
        return this.color + ' ' + super.toString();
    }
}

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，加上子类字迹的实例属性和方法。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

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，实质是新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，实质是先创造父类的实例对象this（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);
    }
}

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，是基于对父类实例加工，只有super方法才能返回父类实例。

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
    }
}

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

上面代码中，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。

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'

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。

二、Object.getPrototypeOf()

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

1	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。

三、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

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
    }
}

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();

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]

四、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__）是父类A；作为一个构造函数，子类B的原型对象（prototype）是父类的原型对象（prototype）的实例。

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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。

1	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其中就是构造函数Object的赋值，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，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。

五、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.histroy[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 ExtenableError {
    constructor(m) {
        super(m);
    }
}

var myerror = new MyError('11');
myerror.message     // 11
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。

六、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”另一个类。

function mix(...mixins) {
    class Mix {}

    for (let mixin of mixins) {
        // 拷贝实例属性
        copyProperties(Mix.prototype, mixin);
        // 拷贝原型属性
        copyProperties(Mix.prototype, Reflect.getPrototypeOf(mixin));
    }

    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。

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

参考文献

《ESMAScript 6 入门 —— 阮一峰》)

张啸

ES6(15) class的继承