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JavaScript基础: 类与继承

前言

  首先欢迎大家关注我的Github博客,也算是对我的一点鼓励,毕竟写东西没法获得变现,能坚持下去也是靠的是自己的热情和大家的鼓励。

  许久已经没有写东西了,因为杂七杂八的原因最近一直没有抽出时间来把写作坚持下来,感觉和跑步一样,一旦松懈下来就很难再次捡起来。最近一直想重新静下心来写点什么,选题又成为一个让我头疼的问题,最近工作中偶尔会对JavaScript继承的问题有时候会感觉恍惚,意识到很多知识即使是很基础,也需要经常的回顾和练习,否则即使再熟悉的东西也会经常让你感到陌生,所以就选择这么一篇非常基础的文章作为今年的开始吧。   

  JavaScript不像Java语言本身就具有类的概念,JavaScript作为一门基于原型(ProtoType)的语言,(推荐我之前写的我所认识的JavaScript作用域链和原型链),时至今日,仍然有很多人不建议在JavaScript中大量使用面对对象的特性。但就目前而言,很多前端框架,例如React都有基于类的概念。首先明确一点,类存在的目的就是为了生成对象,而在JavaScript生成对象的过程并不不像其他语言那么繁琐,我们可以通过对象字面量语法轻松的创建一个对象:

var person = {
    name: "MrErHu", 
    sayName: function(){
        alert(this.name);
    }
};
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  一切看起来是这样的完美,但是当我们希望创建无数个相似的对象时,我们就会发现对象字面量的方法就不能满足了,当然聪明的你肯定会想到采用工厂模式去创建一系列的对象:   

function createObject(name){
    return {
        "name": name,
        "sayName": function(){
            alert(this.name);
        }
    }
}
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  但是这样方式有一个显著的问题,我们通过工厂模式生成的各个对象之间并没有联系,没法识别对象的类型,这时候就出现了构造函数。在JavaScript中构造函数和普通的函数没有任何的区别,仅仅是构造函数是通过new操作符调用的。   

function Person(name, age, job){
    this.name = name;
    this.sayName = function(){
        alert(this.name);
    };    
}

var obj = new Person();
obj.sayName();
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  我们知道new操作符会做以下四个步骤的操作:   

  1. 创建一个全新的对象
  2. 新对象内部属性[[Prototype]](非正式属性__proto__)连接到构造函数的原型
  3. 构造函数的this会绑定新的对象
  4. 如果函数没有返回其他对象,那么new表达式中的函数调用会自动返回这个新对象

  这样我们通过构造函数的方式生成的对象就可以进行类型判断。但是单纯的构造函数模式会存在一个问题,就是每个对象的方法都是相互独立的,而函数本质上就是一种对象,因此就会造成大量的内存浪费。回顾new操作符的第三个步骤,我们新生成对象的内部属性[[Prototype]]会连接到构造函数的原型上,因此利用这个特性,我们可以混合构造函数模式原型模式,解决上面的问题。

function Person(name, age, job){
    this.name = name;
}

Person.prototype = {
    constructor : Person,
    sayName : function(){
        alert(this.name);
    }
}

var obj = new Person();
obj.sayName();
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  我们通过将sayName函数放到构造函数的原型中,这样生成的对象在使用sayName函数通过查找原型链就可以找到对应的方法,所有对象共用一个方法就解决了上述问题,即使你可能认为原型链查找可能会耽误一点时间,实际上对于现在的JavaScript引擎这种问题可以忽略。对于构造函数的原型修改,处理上述的方式,可能还存在:   

Person.prototype.sayName = function(){
    alert(this.name);
}
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  我们知道函数的原型中的constructor属性是执行函数本身,如果你是将原来的原型替换成新的对象并且constructor对你又比较重要记得手动添加,因此第一种并不准确,因为constructor是不可枚举的,因此更准确的写法应该是:

Object.defineProperty(Person, "constructor", {
    configurable: false,
    enumerable: false,
    writable: true,
    value: Person
});
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  到现在为止,我们会觉得在JavaScript中创建个类也太麻烦了,其实远远不止如此,比如我们创建的类可能会被直接调用,造成全局环境的污染,比如:   

Person('MrErHu');
console.log(window.name); //MrErHu
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  不过我们迎来了ES6的时代,事情正在其变化,ES6为我们在JavaScript中实现了类的概念,上面的的代码都可以用简介的类(class)实现。   

class Person {
    constructor(name){
        this.name = name;
    }
    
    sayName(){
        alert(this.name);
    }
}
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  通过上面我们就定义了一个类,使用的时候同之前一样:   

let person = new Person('MrErHu');
person.sayName(); //MrErHu
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  我们可以看到,类中的constructor函数负担起了之前的构造函数的功能,类中的实例属性都可以在这里初始化。类的方法sayName相当于之前我们定义在构造函数的原型上。其实在ES6中类仅仅只是函数的语法糖:   

typeof Person  //"function"
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  相比于上面自己创建的类方式,ES6中的类有几个方面是与我们自定义的类不相同的。首先类是不存在变量提升的,因此不能先使用后定义:   

let person = new Person('MrErHu')
class Person { //...... } 
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  上面的使用方式是错误的。因此类更像一个函数表达式。

  其次,类声明中的所有代码都是自动运行在严格模式下,并且不能让类脱离严格模式。相当于类声明中的所有代码都运行在"use strict"中。

  再者,类中的所有方法都是都是不可枚举的。

  最后,类是不能直接调用的,必须通过new操作符调用。其实对于函数有内部属性[[Constructor]][[Call]],当然这两个方法我们在外部是没法访问到的,仅存在于JavaScript引擎。当我们直接调用函数时,其实就是调用了内部属性[[Call]],所做的就是直接执行了函数体。当我们通过new操作符调用时,其实就是调用了内部属性[[Constructor]],所做的就是创建新的实例对象,并在实例对象上执行函数(绑定this),最后返回新的实例对象。因为类中不含有内部属性[[Call]],因此是没法直接调用的。顺便可以提一句ES6中的元属性 new.target     

  所谓的元属性指的就是非对象的属性,可以提供给我们一些补充信息。new.target就是其中一个元属性,当调用的是[[Constructor]]属性时,new.target就是new操作符的目标,如果调用的是[[Call]]属性,new.target就是undefined。其实这个属性是非常有用的,比如我们可以定义一个仅可以通过new操作符调用的函数:

function Person(){
    if(new.target === undefined){
        throw('该函数必须通过new操作符调用');
    }
}
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  或者我们可以用JavaScript创建一个类似于C++中的虚函数的函数:

class Person {
  constructor() {
    if (new.target === Person) {
      throw new Error('本类不能实例化');
    }
  }
}
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继承

  在没有ES6的时代,想要实现继承是一个不小的工作。一方面我们要在派生类中创建父类的属性,另一方面我们需要继承父类的方法,例如下面的实现方法:   

function Rectangle(width, height){
  this.width = width;
  this.height = height;
}

Rectangle.prototype.getArea = function(){
  return this.width * this.height;
}

function Square(length){
  Rectangle.call(this, length, length);
}

Square.prototype = Object.create(Rectangle.prototype, {
  constructor: {
    value: Square,
    enumerable: false,
    writable: false,
    configurable: false
  }
});

var square = new Square(3);

console.log(square.getArea());
console.log(square instanceof Square);
console.log(square instanceof Rectangle);
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  首先子类Square为了创建父类Rectangle的属性,我们在Square函数中以Rectangle.call(this, length, length)的方式进行了调用,其目的就是在子类中创建父类的属性,为了继承父类的方法,我们给Square赋值了新的原型。除了通过Object.create方式,你应该也见过以下方式:   

Square.prototype = new Rectangle();
Object.defineProperty(Square.prototype, "constructor", {
    value: Square,
    enumerable: false,
    writable: false,
    configurable: false
});
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  Object.create是ES5新增的方法,用于创建一个新对象。被创建的对象会继承另一个对象的原型,在创建新对象时还可以指定一些属性。Object.create指定属性的方式与Object.defineProperty相同,都是采用属性描述符的方式。因此可以看出,通过Object.createnew方式实现的继承其本质上并没有什么区别。      但是ES6可以大大简化继承的步骤:

class Rectangle{
    constructor(width, height){
        this.width = width;
        this.height = height;
    }
    
    getArea(){
        return this.width * this.height;
    }
}

class Square extends Rectangle{
    construct(length){
        super(length, length);
    }
}
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  我们可以看到通过ES6的方式实现类的继承是非常容易的。Square的构造函数中调用super其目的就是调用父类的构造函数。当然调用super函数并不是必须的,如果你默认缺省了构造函数,则会自动调用super函数,并传入所有的参数。      不仅如此,ES6的类继承赋予了更多新的特性,首先extends可以继承任何类型的表达式,只要该表达式最终返回的是一个可继承的函数(也就是讲extends可以继承具有[[Constructor]]的内部属性的函数,比如null和生成器函数、箭头函数都不具有该属性,因此不可以被继承)。比如:

class A{}
class B{}

function getParentClass(type){
    if(//...){
        return A;
    }
    if(//...){
        return B;
    }
}

class C extends getParentClass(//...){
}
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  可以看到我们通过上面的代码实现了动态继承,可以根据不同的判断条件继承不同的类。      ES6的继承与ES5实现的类继承,还有一点不同。ES5是先创建子类的实例,然后在子类实例的基础上创建父类的属性。而ES6正好是相反的,是先创建父类的实例,然后在父类实例的基础上扩展子类属性。利用这个属性我们可以做到一些ES5无法实现的功能:继承原生对象。

function MyArray() {
  Array.apply(this, arguments);
}

MyArray.prototype = Object.create(Array.prototype, {
  constructor: {
    value: MyArray,
    writable: true,
    configurable: true,
    enumerable: true
  }
});

var colors = new MyArray();
colors[0] = "red";
colors.length  // 0

colors.length = 0;
colors[0]  // "red"
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  可以看到,继承自原生对象ArrayMyArray的实例中的length并不能如同原生Array类的实例 一样可以动态反应数组中元素数量或者通过改变length属性从而改变数组中的数据。究其原因就是因为传统方式实现的数组继承是先创建子类,然后在子类基础上扩展父类的属性和方法,所以并没有继承的相关方法,但ES6却可以轻松实现这一点:

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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  我们可以看见通过extends实现的MyArray类创建的数组就可以同原生数组一样,使用length属性反应数组变化和改变数组元素。不仅如此,在ES6中,我们可以使用Symbol.species属性使得当我们继承原生对象时,改变继承自原生对象的方法的返回实例类型。例如,Array.prototype.slice本来返回的是Array类型的实例,通过设置Symbol.species属性,我们可以让其返回自定义的对象类型:   

class MyArray extends Array {
  static get [Symbol.species](){
    return MyArray;
  }
    
  constructor(...args) {
    super(...args);
  }
}

let items = new MyArray(1,2,3,4);
subitems = items.slice(1,3);

subitems instanceof MyArray; // true
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  最后需要注意的一点,extends实现的继承方式可以继承父类的静态成员函数,例如:   

class Rectangle{
    // ......
    static create(width, height){
        return new Rectangle(width, height);
    }
}

class Square extends Rectangle{
    //......
}

let rect = Square.create(3,4);
rect instanceof Square; // true
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