Class 继承与 super

2018-07-08codingjavascript翻译

原文:https://javascript.info/class-inheritance

补档,首发于 segmentfault:https://segmentfault.com/a/1190000015565616

class 可以 extends 自另一个 class。这是一个不错的语法,技术上基于原型继承。

要继承一个对象,需要在 {..} 前指定 extends 和父对象。

这个 Rabbit 继承自 Animal

class Animal {
  constructor(name) {
    this.speed = 0
    this.name = name
  }

  run(speed) {
    this.speed += speed
    alert(`${this.name} runs with speed ${this.speed}.`)
  }

  stop() {
    this.speed = 0
    alert(`${this.name} stopped.`)
  }
}

// Inherit from Animal
class Rabbit extends Animal {
  hide() {
    alert(`${this.name} hides!`)
  }
}

let rabbit = new Rabbit('White Rabbit')

rabbit.run(5) // White Rabbit runs with speed 5.
rabbit.hide() // White Rabbit hides!

如你所见,如你所想,extend 关键字实际上是在 Rabbit.prototype 添加 [Prototype]],引用到 Animal.prototype

所以现在 rabbit 既可以访问它自己的方法,也可以访问 Animal 的方法。

extends 后可跟表达式

Class 语法的 extends 后接的不限于指定一个类,更可以是表达式。

例如一个生成父类的函数:

function f(phrase) {
  return class {
    sayHi() {
      alert(phrase)
    }
  }
}

class User extends f('Hello') {}

new User().sayHi() // Hello

例子中,class User 继承了 f(‘Hello’)返回的结果。

对于高级编程模式,当我们使用的类是根据许多条件使用函数来生成时,这就很有用。

重写一个方法

现在让我们进入下一步,重写一个方法。到目前为止,RabbitAnimal 继承了 stop 方法,this.speed = 0

如果我们在 Rabbit 中指定了自己的 stop,那么会被优先使用:

class Rabbit extends Animal {
  stop() {
    // ...this will be used for rabbit.stop()
  }
}

…但通常我们不想完全替代父方法,而是在父方法的基础上调整或扩展其功能。我们进行一些操作,让它之前/之后或在过程中调用父方法。

Class 为此提供 super关键字。

  • 使用 super.method(...) 调用父方法。
  • 使用 super(...) 调用父构造函数(仅在 constructor 函数中)。

例如,让兔子在 stop 时自动隐藏:

class Animal {
  constructor(name) {
    this.speed = 0
    this.name = name
  }

  run(speed) {
    this.speed += speed
    alert(`${this.name} runs with speed ${this.speed}.`)
  }

  stop() {
    this.speed = 0
    alert(`${this.name} stopped.`)
  }
}

class Rabbit extends Animal {
  hide() {
    alert(`${this.name} hides!`)
  }

  stop() {
    super.stop() // call parent stop
    this.hide() // and then hide
  }
}

let rabbit = new Rabbit('White Rabbit')

rabbit.run(5) // White Rabbit runs with speed 5.
rabbit.stop() // White Rabbit stopped. White rabbit hides!

现在,Rabbitstop 方法通过 super.stop() 调用父类的方法。

箭头函数无 super

正如在 arrow-functions 一章中提到,箭头函数没有 super

它会从外部函数中获取 super。例如:

class Rabbit extends Animal {
  stop() {
    setTimeout(() => super.stop(), 1000) // call parent stop after 1sec
  }
}

箭头函数中的 superstop() 中的相同,所以它按预期工作。如果我们在这里用普通函数,便会报错:

// Unexpected super
setTimeout(function() {
  super.stop()
}, 1000)

重写构造函数

对于构造函数来说,这有点棘手 tricky。

直到现在,Rabbit 都没有自己的 constructor。 Till now, Rabbit did not have its own constructor.

根据规范,如果一个类扩展了另一个类并且没有 constructor ,那么会自动生成如下 constructor

class Rabbit extends Animal {
  // generated for extending classes without own constructors

  constructor(...args) {
    super(...args)
  }
}

我们可以看到,它调用了父 constructor 传递所有参数。如果我们不自己写构造函数,就会发生这种情况。

现在我们将一个自定义构造函数添加到 Rabbit 中。除了name,我们还会设置 earLength

class Animal {
  constructor(name) {
    this.speed = 0
    this.name = name
  }
  // ...
}

class Rabbit extends Animal {
  constructor(name, earLength) {
    this.speed = 0
    this.name = name
    this.earLength = earLength
  }

  // ...
}

// Doesn't work!
let rabbit = new Rabbit('White Rabbit', 10) // Error: this is not defined.

哎呦出错了!现在我们不能生成兔子了,为什么呢?

简单来说:继承类中的构造函数必须调用 super(...),(!)并且在使用 this 之前执行它。

…但为什么?这是什么情况?嗯…这个要求看起来确实奇怪。

现在我们探讨细节,让你真正理解其中缘由 ——

在 JavaScript 中,继承了其他类的构造函数比较特殊。在继承类中,相应的构造函数被标记为特殊的内部属性 [[ConstructorKind]]:“derived”

区别在于:

  • 当一个普通的构造函数运行时,它会创建一个空对象作为 this,然后继续运行。
  • 但是当派生的构造函数运行时,与上面说的不同,它指望父构造函数来完成这项工作。

所以如果我们正在构造我们自己的构造函数,那么我们必须调用 super,否则具有 this 的对象将不被创建,并报错。

对于 Rabbit 来说,我们需要在使用 this 之前调用 super(),如下所示:

class Animal {
  constructor(name) {
    this.speed = 0
    this.name = name
  }

  // ...
}

class Rabbit extends Animal {
  constructor(name, earLength) {
    super(name)

    this.earLength = earLength
  }

  // ...
}

// now fine
let rabbit = new Rabbit('White Rabbit', 10)
alert(rabbit.name) // White Rabbit
alert(rabbit.earLength) // 10

Super 的实现与 [[HomeObject]]

让我们再深入理解 super 的底层实现,我们会看到一些有趣的事情。

首先要说的是,以我们迄今为止学到的知识来看,实现 super 是不可能的。

那么思考一下,这是什么原理?当一个对象方法运行时,它将当前对象作为 this。如果我们调用 super.method(),那么如何检索 method?很容易想到,我们需要从当前对象的原型中取出 method。从技术上讲,我们(或 JavaScript 引擎)可以做到这一点吗?

也许我们可以从 this 的 [[Prototype]] 中获得方法,this.__proto__.method 这样?对不起,这是行不通的。

试着证明一下,我们不用通过类,而是直接写一个对象模拟这种情况。

在这里,rabbit.eat() 调用父对象的 animal.eat() 方法:

let animal = {
  name: 'Animal',
  eat() {
    alert(`${this.name} eats.`)
  },
}

let rabbit = {
  __proto__: animal,
  name: 'Rabbit',
  eat() {
    // that's how super.eat() could presumably work
    this.__proto__.eat.call(this) // (*)
  },
}

rabbit.eat() // Rabbit eats.

(*) 这一行,我们从原型(animal)中取出 eat,并以当前对象的上下文中调用它。请注意,.call(this) 在这里很重要,因为只写 this.__proto__.eat() 的话 eat 的调用对象将会是 animal,而不是当前对象。

以上代码的 alert 是正确的。

但是现在让我们再添加一个对象到原型链中,就要出事了:

let animal = {
  name: 'Animal',
  eat() {
    alert(`${this.name} eats.`)
  },
}

let rabbit = {
  __proto__: animal,
  eat() {
    // ...bounce around rabbit-style and call parent (animal) method
    this.__proto__.eat.call(this) // (*)
  },
}

let longEar = {
  __proto__: rabbit,
  eat() {
    // ...do something with long ears and call parent (rabbit) method
    this.__proto__.eat.call(this) // (**)
  },
}

longEar.eat() // Error: Maximum call stack size exceeded

噢,完蛋!调用 longEar.eat() 报错了!

这原因一眼可能看不透,但如果我们跟踪 longEar.eat() 调用,大概就知道为什么了。在 (*)(**) 两行中, this 的值是当前对象(longEar)。重点来了:所有方法都将当前对象作为 this,而不是原型或其他东西。

因此,在两行 (*)(**) 中,this.__proto__ 的值都是 rabbit。他们都调用了 rabbit.eat,于是就这么无限循环下去。

情况如图:

1.在 longEar.eat() 里面,(**) 行中调用了 rabbit.eat,并且this = longEarjs // inside longEar.eat() we have this = longEar this.__proto__.eat.call(this) // (**) // becomes longEar.__proto__.eat.call(this) // that is rabbit.eat.call(this); 2.然后在rabbit.eat(*) 行中,我们希望传到原型链的下一层,但是 this = longEar,所以 this .__ proto __.eat又是 rabbit.eat

```js
// inside rabbit.eat() we also have this = longEar
this.__proto__.eat.call(this) // (*)
// becomes
longEar.__proto__.eat.call(this)
// or (again)
rabbit.eat.call(this);
```
  1. …因此 rabbit.eat 在无尽循环调动,无法进入下一层。

这个问题不能简单使用 this 解决。

[[HomeObject]]

为了提供解决方案,JavaScript 为函数添加了一个特殊的内部属性:[[HomeObject]]

当函数被指定为类或对象方法时,其 [[HomeObject]] 属性为该对象。

这实际上违反了 unbind 函数的思想,因为方法记住了它们的对象。并且 [[HomeObject]] 不能被改变,所以这是永久 bind(绑定)。所以在 JavaScript 这是一个很大的变化。

但是这种改变是安全的。 [[HomeObject]] 仅用于在 super 中获取下一层原型。所以它不会破坏兼容性。

让我们来看看它是如何在 super 中运作的:

let animal = {
  name: 'Animal',
  eat() {
    // [[HomeObject]] == animal
    alert(`${this.name} eats.`)
  },
}

let rabbit = {
  __proto__: animal,
  name: 'Rabbit',
  eat() {
    // [[HomeObject]] == rabbit
    super.eat()
  },
}

let longEar = {
  __proto__: rabbit,
  name: 'Long Ear',
  eat() {
    // [[HomeObject]] == longEar
    super.eat()
  },
}

longEar.eat() // Long Ear eats.

每个方法都会在内部 [[HomeObject]] 属性中记住它的对象。然后 super 使用它来解析原型。

在类和普通对象中定义的方法中都定义了 [[HomeObject]],但是对于对象,必须使用:method() 而不是 "method: function()"

在下面的例子中,使用非方法语法(non-method syntax)进行比较。这么做没有设置 [[HomeObject]] 属性,继承也不起作用:

let animal = {
  eat: function() {
    // should be the short syntax: eat() {...}
    // ...
  },
}

let rabbit = {
  __proto__: animal,
  eat: function() {
    super.eat()
  },
}

rabbit.eat() // Error calling super (because there's no [[HomeObject]])

静态方法和继承

class 语法也支持静态属性的继承。

例如:

class Animal {
  constructor(name, speed) {
    this.speed = speed
    this.name = name
  }

  run(speed = 0) {
    this.speed += speed
    alert(`${this.name} runs with speed ${this.speed}.`)
  }

  static compare(animalA, animalB) {
    return animalA.speed - animalB.speed
  }
}

// Inherit from Animal
class Rabbit extends Animal {
  hide() {
    alert(`${this.name} hides!`)
  }
}

let rabbits = [new Rabbit('White Rabbit', 10), new Rabbit('Black Rabbit', 5)]

rabbits.sort(Rabbit.compare)

rabbits[0].run() // Black Rabbit runs with speed 5.

现在我们可以调用 Rabbit.compare,假设继承的 Animal.compare 将被调用。

它是如何工作的?再次使用原型。正如你猜到的那样,extends 同样给 Rabbit 提供了引用到 Animal[Prototype]

所以,Rabbit 函数现在继承 Animal 函数。Animal 自带引用到 Function.prototype[[Prototype]](因为它不 extend 其他类)。

看看这里:

class Animal {}
class Rabbit extends Animal {}

// for static propertites and methods
alert(Rabbit.__proto__ === Animal) // true

// and the next step is Function.prototype
alert(Animal.__proto__ === Function.prototype) // true

// that's in addition to the "normal" prototype chain for object methods
alert(Rabbit.prototype.__proto__ === Animal.prototype)

这样 Rabbit 可以访问 Animal 的所有静态方法。

在内置对象中没有静态继承

请注意,内置类没有静态 [[Prototype]] 引用。例如,Object 具有 Object.definePropertyObject.keys等方法,但 ArrayDate 不会继承它们。

DateObject 的结构:

DateObject 之间毫无关联,他们独立存在,不过 Date.prototype 继承于 Object.prototype,仅此而已。

造成这个情况是因为 JavaScript 在设计初期没有考虑使用 class 语法和继承静态方法。

原生拓展

Array,Map 等内置类也可以扩展。

举个例子,PowerArray 继承自原生 Array

// add one more method to it (can do more)
class PowerArray extends Array {
  isEmpty() {
    return this.length === 0
  }
}

let arr = new PowerArray(1, 2, 5, 10, 50)
alert(arr.isEmpty()) // false

let filteredArr = arr.filter(item => item >= 10)
alert(filteredArr) // 10, 50
alert(filteredArr.isEmpty()) // false

请注意一件非常有趣的事情。像 filtermap 和其他内置方法 - 返回新的继承类型的对象。他们依靠 constructor 属性来做到这一点。

在上面的例子中,

arr.constructor === PowerArray

所以当调用 arr.filter() 时,它自动创建新的结果数组,就像 new PowerArray 一样,于是我们可以继续使用 PowerArray 的方法。

我们甚至可以自定义这种行为。如果存在静态 getter Symbol.species,返回新建对象使用的 constructor。

下面的例子中,由于 Symbol.species 的存在,mapfilter等内置方法将返回普通的数组:

class PowerArray extends Array {
  isEmpty() {
    return this.length === 0
  }

  // built-in methods will use this as the constructor
  static get [Symbol.species]() {
    return Array
  }
}

let arr = new PowerArray(1, 2, 5, 10, 50)
alert(arr.isEmpty()) // false

// filter creates new array using arr.constructor[Symbol.species] as constructor
let filteredArr = arr.filter(item => item >= 10)

// filteredArr is not PowerArray, but Array

alert(filteredArr.isEmpty()) // Error: filteredArr.isEmpty is not a function

我们可以在其他 key 使用 Symbol.species,可以用于剥离结果值中的无用方法,或是增加其他方法。


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