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) {
  // ...
}