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JavaScript:class继承

上面的章节中我们看到了JavaScript的对象模型是基于原型实现的,特点是简单,缺点是理解起来比传统的类-实例模型要困难,最大的缺点是继承的实现需要编写大量代码,并且需要正确实现原型链。

有没有更简单的写法?有!

新的关键字class从ES6开始正式被引入到JavaScript中。class的目的就是让定义类更简单。

我们先回顾用函数实现Student的方法:

function Student(name) {
 this.name = name;
}
Student.prototype.hello = function () {
 alert('Hello, ' + this.name + '!');
}

如果用新的class关键字来编写Student,可以这样写:

class Student {
 constructor(name) {
 this.name = name;
 }
 hello() {
 alert('Hello, ' + this.name + '!');
 }
}

比较一下就可以发现,class的定义包含了构造函数constructor和定义在原型对象上的函数hello()(注意没有function关键字),这样就避免了Student.prototype.hello = function () {...}这样分散的代码。

最后,创建一个Student对象代码和前面章节完全一样:

var xiaoming = new Student('小明');
xiaoming.hello();

class继承

用class定义对象的另一个巨大的好处是继承更方便了。想一想我们从Student派生一个PrimaryStudent需要编写的代码量。现在,原型继承的中间对象,原型对象的构造函数等等都不需要考虑了,直接通过extends来实现:

class PrimaryStudent extends Student {
 constructor(name, grade) {
 super(name); // 记得用super调用父类的构造方法!
 this.grade = grade;
 }
 myGrade() {
 alert('I am at grade ' + this.grade);
 }
}

注意PrimaryStudent的定义也是class关键字实现的,而extends则表示原型链对象来自Student。子类的构造函数可能会与父类不太相同,例如,PrimaryStudent需要name和grade两个参数,并且需要通过super(name)来调用父类的构造函数,否则父类的name属性无法正常初始化。

PrimaryStudent已经自动获得了父类Student的hello方法,我们又在子类中定义了新的myGrade方法。

ES6引入的class和原有的JavaScript原型继承有什么区别呢?实际上它们没有任何区别,class的作用就是让JavaScript引擎去实现原来需要我们自己编写的原型链代码。简而言之,用class的好处就是极大地简化了原型链代码。

你一定会问,class这么好用,能不能现在就用上?

现在用还早了点,因为不是所有的主流浏览器都支持ES6的class。如果一定要现在就用上,就需要一个工具把class代码转换为传统的prototype代码,可以试试Babel这个工具。

需要浏览器支持ES6的class,如果遇到SyntaxError,则说明浏览器不支持class语法,请换一个最新的浏览器试试。

面向对象的编程中,class 是用于创建对象的可扩展的程序代码模版,它为对象提供了状态(成员变量)的初始值和行为(成员函数或方法)的实现。

Wikipedia

在日常开发中,我们经常需要创建许多相同类型的对象,例如用户(users)、商品(goods)或者任何其他东西。

正如我们在 构造器和操作符 "new" 一章中已经学到的,new function 可以帮助我们实现这种需求。

但在现代 JavaScript 中,还有一个更高级的“类(class)”构造方式,它引入许多非常棒的新功能,这些功能对于面向对象编程很有用。

一、“class” 语法

基本语法是:

class MyClass {
  // class 方法
  constructor() { ... }
  method1() { ... }
  method2() { ... }
  method3() { ... }
  ...
}

然后使用 new MyClass() 来创建具有上述列出的所有方法的新对象。

new 会自动调用 constructor() 方法,因此我们可以在 constructor() 中初始化对象。

例如:

class User {

  constructor(name) {
    this.name = name;
  }

  sayHi() {
    alert(this.name);
  }

}

// 用法:
let user = new User("John");
user.sayHi();

new User("John") 被调用:

  1. 一个新对象被创建。
  2. constructor 使用给定的参数运行,并为其分配 this.name

……然后我们就可以调用对象方法了,例如 user.sayHi

类的方法之间没有逗号

对于新手开发人员来说,常见的陷阱是在类的方法之间放置逗号,这会导致语法错误。

不要把这里的符号与对象字面量相混淆。在类中,不需要逗号。

二、什么是 class?

所以,class 到底是什么?正如人们可能认为的那样,这不是一个全新的语言级实体。

让我们揭开其神秘面纱,看看类究竟是什么。这将有助于我们理解许多复杂的方面。

在 JavaScript 中,类是一种函数。

看看下面这段代码:

class User {
  constructor(name) { this.name = name; }
  sayHi() { alert(this.name); }
}

// 佐证:User 是一个函数
alert(typeof User); // function

class User {...} 构造实际上做了如下的事儿:

  1. 创建一个名为 User 的函数,该函数成为类声明的结果。该函数的代码来自于 constructor 方法(如果我们不编写这种方法,那么它就被假定为空)。
  2. 存储类中的方法,例如 User.prototype 中的 sayHi

new User 对象被创建后,当我们调用其方法时,它会从原型中获取对应的方法,正如我们在 F.prototype 一章中所讲的那样。因此,对象 new User 可以访问类中的方法。

我们可以将 class User 声明的结果解释为:

下面这些代码很好地解释了它们:

class User {
  constructor(name) { this.name = name; }
  sayHi() { alert(this.name); }
}

// class 是一个函数
alert(typeof User); // function

// ...或者,更确切地说,是 constructor 方法
alert(User === User.prototype.constructor); // true

// 方法在 User.prototype 中,例如:
alert(User.prototype.sayHi); // alert(this.name);

// 在原型中实际上有两个方法
alert(Object.getOwnPropertyNames(User.prototype)); // constructor, sayHi

三、不仅仅是语法糖

人们常说 class 是一个语法糖(旨在使内容更易阅读,但不引入任何新内容的语法),因为我们实际上可以在没有 class 的情况下声明相同的内容:

// 用纯函数重写 class User

// 1. 创建构造器函数
function User(name) {
  this.name = name;
}
// 函数的原型(prototype)默认具有 "constructor" 属性,
// 所以,我们不需要创建它

// 2. 将方法添加到原型
User.prototype.sayHi = function() {
  alert(this.name);
};

// 用法:
let user = new User("John");
user.sayHi();

这个定义的结果与使用类得到的结果基本相同。因此,这确实是将 class 视为一种定义构造器及其原型方法的语法糖的理由。

尽管,它们之间存在着重大差异:

  1. 首先,通过 class 创建的函数具有特殊的内部属性标记 [[FunctionKind]]:"classConstructor"。因此,它与手动创建并不完全相同。编程语言会在许多地方检查该属性。例如,与普通函数不同,必须使用 new 来调用它:class User { constructor() {} } alert(typeof User); // function User(); // Error: Class constructor User cannot be invoked without 'new'此外,大多数 JavaScript 引擎中的类构造器的字符串表示形式都以 “class…” 开头class User { constructor() {} } alert(User); // class User { ... }还有其他的不同之处,我们很快就会看到。
  2. 类方法不可枚举。 类定义将 "prototype" 中的所有方法的 enumerable 标志设置为 false。这很好,因为如果我们对一个对象调用 for..in 方法,我们通常不希望 class 方法出现。
  3. 类总是使用 use strict。 在类构造中的所有代码都将自动进入严格模式。

此外,class 语法还带来了许多其他功能,我们稍后将会探索它们。

四、类表达式

就像函数一样,类可以在另外一个表达式中被定义,被传递,被返回,被赋值等。

这是一个类表达式的例子:

let User = class {
  sayHi() {
    alert("Hello");
  }
};

类似于命名函数表达式(Named Function Expressions),类表达式可能也应该有一个名字。

如果类表达式有名字,那么该名字仅在类内部可见:

// “命名类表达式(Named Class Expression)”
// (规范中没有这样的术语,但是它和命名函数表达式类似)
let User = class MyClass {
  sayHi() {
    alert(MyClass); // MyClass 这个名字仅在类内部可见
  }
};

new User().sayHi(); // 正常运行,显示 MyClass 中定义的内容

alert(MyClass); // error,MyClass 在外部不可见

我们甚至可以动态地“按需”创建类,就像这样:

function makeClass(phrase) {
  // 声明一个类并返回它
  return class {
    sayHi() {
      alert(phrase);
    }
  };
}

// 创建一个新的类
let User = makeClass("Hello");

new User().sayHi(); // Hello

五、Getters/setters

就像对象字面量,类可能包括 getters/setters,计算属性(computed properties)等。

这是一个使用 get/set 实现 user.name 的示例:

class User {

  constructor(name) {
    // 调用 setter
    this.name = name;
  }

  get name() {
    return this._name;
  }

  set name(value) {
    if (value.length < 4) {
      alert("Name is too short.");
      return;
    }
    this._name = value;
  }

}

let user = new User("John");
alert(user.name); // John

user = new User(""); // Name is too short.

从技术上来讲,这样的类声明可以通过在 User.prototype 中创建 getters 和 setters 来实现。

六、计算属性名称 […]

这里有一个使用中括号 [...] 的计算方法名称示例:

class User {

  ['say' + 'Hi']() {
    alert("Hello");
  }

}

new User().sayHi();

这种特性很容易记住,因为它们和对象字面量类似。

七、Class 字段

旧的浏览器可能需要 polyfill

类字段(field)是最近才添加到语言中的。

之前,我们的类仅具有方法。

“类字段”是一种允许添加任何属性的语法。

例如,让我们在 class User 中添加一个 name 属性:

class User {
  name = "John";

  sayHi() {
    alert(`Hello, ${this.name}!`);
  }
}

new User().sayHi(); // Hello, John!

所以,我们就只需在表达式中写 " = ",就这样。

类字段重要的不同之处在于,它们会在每个独立对象中被设好,而不是设在 User.prototype

class User {
  name = "John";
}

let user = new User();
alert(user.name); // John
alert(User.prototype.name); // undefined

我们也可以在赋值时使用更复杂的表达式和函数调用:

class User {
  name = prompt("Name, please?", "John");
}

let user = new User();
alert(user.name); // John

八、使用类字段制作绑定方法

正如 函数绑定 一章中所讲的,JavaScript 中的函数具有动态的 this。它取决于调用上下文。

因此,如果一个对象方法被传递到某处,或者在另一个上下文中被调用,则 this 将不再是对其对象的引用。

例如,此代码将显示 undefined

class Button {
  constructor(value) {
    this.value = value;
  }

  click() {
    alert(this.value);
  }
}

let button = new Button("hello");

setTimeout(button.click, 1000); // undefined

这个问题被称为“丢失 this”。

我们在 函数绑定 一章中讲过,有两种可以修复它的方式:

  1. 传递一个包装函数,例如 setTimeout(() => button.click(), 1000)
  2. 将方法绑定到对象,例如在 constructor 中。

类字段提供了另一种非常优雅的语法:

class Button {
  constructor(value) {
    this.value = value;
  }
  click = () => {
    alert(this.value);
  }
}

let button = new Button("hello");

setTimeout(button.click, 1000); // hello

类字段 click = () => {...} 是基于每一个对象被创建的,在这里对于每一个 Button 对象都有一个独立的方法,在内部都有一个指向此对象的 this。我们可以把 button.click 传递到任何地方,而且 this 的值总是正确的。

在浏览器环境中,它对于进行事件监听尤为有用。

九、总结

基本的类语法看起来像这样:

class MyClass {
  prop = value; // 属性

  constructor(...) { // 构造器
    // ...
  }

  method(...) {} // method

  get something(...) {} // getter 方法
  set something(...) {} // setter 方法

  [Symbol.iterator]() {} // 有计算名称(computed name)的方法(此处为 symbol)
  // ...
}

技术上来说,MyClass 是一个函数(我们提供作为 constructor 的那个),而 methods、getters 和 settors 都被写入了 MyClass.prototype

在下一章,我们将会进一步学习类的相关知识,包括继承和其他功能。

类是用于创建对象的模板。JavaScript中生成对象实例的方法是通过构造函数,这跟主流面向对象语言(java,C#)写法上差异较大,如下:

function Point(x, y) {
  this.x = x;
  this.y = y;
}

Point.prototype.toString = function () {
  return '(' + this.x + ', ' + this.y + ')';
};

var p = new Point(1, 1);

ES6 提供了更接近Java语言的写法,引入了 Class(类)这个概念,作为对象的模板。通过class关键字,可以定义类。

如下:constructor()是构造方法,而this代表实例对象:

class Point {
  constructor(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }

  toString() {
    return '(' + this.x + ', ' + this.y + ')';
  }
}

类的数据类型就是函数,它本身就是指向函数的构造函数:

// ES5 函数声明
function Point() {
    //...
}

// ES6 类声明
class Point {
  //....
  constructor() {
  }
}
typeof Point // "function"
Point === Point.prototype.constructor // true

在类里面定义的方法是挂到Point.prototype,所以类只是提供了语法糖,本质还是原型链调用。

class Point {
  constructor(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }

  toString() {
    return '(' + this.x + ', ' + this.y + ')';
  }
}

Point.prototype = {
  //....
  toString()
}
var p = new Point(1, 1);
p.toString() // (1,1)

类的另一种定义方式类表达式

// 未命名/匿名类
let Point = class {
  constructor(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }
};
Point.name // Point

函数声明和类声明有个重要区别,函数声明会提升,类声明不会提升。

constructor()

constructor()方法是类的默认方法,new生成实例对象时会自动调用该方法。

一个类必须有constructor()方法,如果没有显式定义,引擎会默认添加一个空的constructor()

constructor()方法默认返回实例对象(即this)。

class Point {
}

// 自动添加
class Point {
  constructor() {}
}

getter和setter

与 ES5 一样,在类的内部可以使用getset关键字,对某个属性设置存值函数和取值函数,拦截该属性的存取行为。

class User {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }

  get name() {
    return this.name;
  }

  set name(value) {
    this.name = value;
  }
}

this

类的方法内部的this,它默认指向类的实例,在调用存在this的方法时,需要使用 obj.method()方式,否则会报错。

class User {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  printName(){
    console.log('Name is ' + this.name)
  }
}
const user = new User('jack')
user.printName() // Name is jack
const { printName } = user;
printName()     // 报错 Cannot read properties of undefined (reading 'name')

如果要单独调用又不报错,一种方法可以在构造方法里调用bind(this)

class User {
  constructor(name) {
    this.name = name;
    this.printName = this.printName.bind(this);
  }
  printName(){
    console.log('Name is ' + this.name)
  }
}
const user = new User('jack')
const { printName } = user;
printName()     // Name is jack

bind(this) 会创建一个新函数,并将传入的this作为该函数在调用时上下文指向。

另外可以使用箭头函数,因为箭头函数内部的this总是指向定义时所在的对象。

class User {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  printName = () => {
    console.log('Name is ' + this.name)
  }
}
const user = new User('jack')
const { printName } = user;
printName()     // Name is jack

静态属性

静态属性指的是类本身的属性,而不是定义在实例对象this上的属性。

class User {
}

User.prop = 1;
User.prop // 1

静态方法

可以在类里面定义静态方法,该方法不会被对象实例继承,而是直接通过类来调用。

静态方法里使用this是指向类。

class Utils {
  static printInfo() {
     this.info();
  }
  static info() {
     console.log('hello');
  }
}
Utils.printInfo() // hello

关于方法的调用范围限制,比如:私有公有,ES6暂时没有提供,一般是通过约定,比如:在方法前面加下划线_print()表示私有方法。

继承

Java中通过extends实现类的继承。ES6中类也可以通过extends实现继承。

继承时,子类必须在constructor方法中调用super方法,否则新建实例时会报错。

class Point3D extends Point {
  constructor(x, y, z) {
    super(x, y); // 调用父类的constructor(x, y)
    this.z = z;
  }

  toString() {
    return super.toString() + '  ' + this.z ; // 调用父类的toString()
  }
}

父类的静态方法,也会被子类继承。

class Parent {
  static info() {
    console.log('hello world');
  }
}

class Child extends Parent {
}

Child.info()  // hello world

super关键字

在子类的构造函数必须执行一次super函数,它代表了父类的构造函数。

class Parent {}

class Child extends Parent {
  constructor() {
    super();
  }
}

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 Parent {
  constructor() {
    this.x = 1;
    this.y = 10
  }
  printParent() {
    console.log(this.y);
  }
  print() {
    console.log(this.x);
  }
}

class Child extends Parent {
  constructor() {
    super();
    this.x = 2;
  }
  m() {
    super.print();
  }
}

let c = new Child();
c.printParent() // 10
c.m() // 2

_proto_和prototype

初学JavaScript时,_proto_prototype 很容易混淆。首先我们知道每个JS对象都会对应一个原型对象,并从原型对象继承属性和方法。

  • prototype 一些内置对象和函数的属性,它是一个指针,指向一个对象,这个对象的用途就是包含所有实例共享的属性和方法(我们把这个对象叫做原型对象)。
  • _proto_ 每个对象都有这个属性,一般指向对应的构造函数的prototype属性。

下图是一些拥有prototype内置对象。

prototype

根据上面描述,看下面代码

var obj = {} // 等同于 var obj = new Object()

// obj.__proto__指向Object构造函数的prototype
obj.__proto__ === Object.prototype // true 

// obj.toString 调用方法从Object.prototype继承
obj.toString === obj.__proto__.toString // true

// 数组
var arr = []
arr.__proto__ === Array.prototype // true 

对于function对象,声明的每个function同时拥有prototype__proto__属性,创建的对象属性__proto__指向函数prototype,函数的__proto__又指向内置函数对象(Function)的prototype

function Foo(){}
var f = new Foo();
f.__proto__ === Foo.prototype // true
Foo.__proto__ === Function.prototype // true

继承中的__proto__

类作为构造函数的语法糖,也会同时有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 Parent {
}

class Child extends Parent {
}

Child.__proto__ === Parent // true
Child.prototype.__proto__ === Parent.prototype // true

继承实例中的__proto__

子类实例的__proto__属性,指向子类构造方法的prototype

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。

class Parent {
}

class Child extends Parent {
}

var p = new Parent();
var c = new Child();

c.__proto__ === p.__proto__ // false
c.__proto__ === Child.prototype // true
c.__proto__.__proto__ === p.__proto__ // true

小结

JavaScript中的Class更多的还是语法糖,本质上绕不开原型链。欢迎大家留言交流。