ES6语法中的classextends与super的原理

Posted 2020-11-22 rencoo

class

首先, 在javascript中, class类是一种函数

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

alert(typeof User); // function

class User {…} 构造器内部干了啥？

1. 创建一个以User为名称的函数, 这是类声明的结果(函数代码来自constructor中)
2. 储存所有方法, 例如User.prototype中的sayHi

alert(Object.getOwnPropertyNames(User.prototype)); // constructor, sayHi

class并不是JavaScript中的语法糖, 虽然我们可以在没有 class 的情况下声明同样的内容：

// 以纯函数的重写 User 类

// 1. 创建构造器函数
function User(name) {
     this.name = name;
}
// * 任何函数原型默认具有构造器属性，
// 所以，我们不需要创建它

// 2. 向原型中添加方法
User.prototype.sayHi = function() {
    alert(this.name);
};

// 使用方法：
let user = new User("John");
user.sayHi();

两者存在重大差异

1. 首先，通过 class 创建的函数是由特殊内部属性标记的 [[FunctionKind]]:"classConstructor"。不像普通函数，调用类构造器时必须要用 new 关键词：

   class User {
      constructor() {}
   }
   
   alert(typeof User); // function
   User(); // Error: 没有 ‘new’ 关键词，类构造器 User 无法调用
   

   此外，大多数 JavaScript 引擎中的类构造函数的字符串表示形式都以 “class” 开头

   class User {
    constructor() {}
   }
   
   alert(User); // class User { ... }
   

2. 方法不可枚举。 对于 "prototype" 中的所有方法，类定义将 enumerable 标记为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。

   枚举实例属性时, 不会出现class方法; 而普通创建的构造函数, 枚举实例属性时会出现prototype上的方法。

3. 类默认使用 use strict。 在类构造函数中的所有方法自动使用严格模式。

Getters/setters 及其他 shorthands

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

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 too short.

类声明在 User.prototype 中创建 getters 和setters，示例:

Object.defineProperties(User.prototype, {
  name: {
    get() {
      return this._name
    },
    set(name) {
      // ...
    }
  }
});

extends

根据规范，如果一个类继承了另一个类并且没有constructor，那么将生成以下"空" constructor:

class Rabbit extends Animal {
    // 为没有构造函数的继承类生成以下的构造函数
    constructor(...ars) {
        super(...args);
    }
}

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!`);
  }
}

let rabbit = new Rabbit("White Rabbit");
console.log(rabbit); // console: Rabbit {speed: 0, name: "White Rabbit"}
rabbit.run(5); // White Rabbit runs with speed 5.
rabbit.hide(); // White Rabbit hides!

extends干了啥？

通过指定"extends Animal"让 Rabbit继承自 Animal；

在Rabbit内部，extends关键字添加了[[Prototype]]引用: 从 Rabbit.prototype到Animal.prototype

`extends`允许后接任何表达式(高级编程模式中用到)

类语法不仅可以指定一个类，还可以指定extends之后的任何表达式

ex.一个生成父类的函数调用

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

class User extends f("Hello") {}

new User().sayHi(); // Hello

这里是 class User继承自f("Hello")的结果

我们可以根据多种状况使用函数生成类，并继承它们，这对于高级编程模式来说可能很有用。

super

通常来说，我们不希望完全替换父类的方法，而是希望基于它做一些调整或者功能性的扩展。我们在我们的方法中做一些事情，但是在它之前/之后或在执行过程中调用父类方法。

super关键字提供了上述功能

1. 执行 super.method(…)调用父类方法; (借用并改造父类方法, 生成自己的方法)
2. 执行super(…)调用父类构造函数(只能在子类的构造函数中运行) (继承父类属性)

重写原型方法

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(); // 调用父类的 stop 函数
    this.hide();  // 然后隐藏
  }
}

let rabbit = new Rabbit("White Rabbit");

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

箭头函数没有super

如果箭头函数中，super被访问，那么则会从外部函数中获取(类似this)

class Rabbit extends Animal {
    stop() {
        setTimtout(() => super.stop(), 1000); // 1 秒后调用父类 stop 方法
    }
}

因此，箭头函数中的super与stop()中的是相同的，所以它能按预期工作。但如果我们在这里指定一个"普通"函数，那么将会抛出错误: (找不到super)

class Rabbit extends Animal {
  stop() {
    setTimeout(function () { super.stop() }, 1000); // Unexpected super
  }
}

代码解析会出错，报Uncaught SyntaxError: ‘super‘ keyword unexpected here

重写构造函数

根据 规范，如果一个类继承了另一个类并且没有 constructor，那么将生成以下“空” constructor：

class Rabbit extends Animal {
    // 为没有构造函数的继承类生成以下的构造函数
    constructor(...args) {
        super(...args);
    }
}

可以看到，它调用了父类的constructor, 并传递了所有的参数。

如果给继承类添加一个自定义的额构造函数

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;
  }

  // ...
}

// 不生效！
let rabbit = new Rabbit("White Rabbit", 10); 

报错: Uncaught ReferenceError: Must call super constructor in derived class before accessing ‘this‘ or returning from derived constructor

解释下就是: 继承类的构造函数必须调用 super(...), 并且一定要在this之前调用

这是因为, 在JavaScript中，“继承类的构造函数" 与所有其他的构造函数之间存在区别。在继承类中，相应的构造函数会被标记为特殊的的内部属性[[ConstructorKind]]:"derived"。

不同点在于:

• 当一个普通构造函数执行时，它会创建一个空对象作为this并继续执行。
• 但是当继承的构造函数执行时，它并不会做这件事。它期望父类的构造函数来完成这项工作。

因此，如果我们在继承类中构建了自己的构造函数，我们必须调用super，因为如果不这样的话this指向的对象不会被创建。并且会收到一个报错。

正确的写法；需要在使用this之前调用super()

class Rabbit extends Animal {
    super(name);
    this.earLength = earLength;
}

super内部探究: [[HomeObject]]

当一个对象方法运行时，它会将当前对象作为this，如果调用super.method()，它需要从当前的原型中调用method。

super技术上的实现，首先会想到，引擎知道当前对象的this，因此它可以获取父method作为this.__proto__.method。但这个解决方法是行不通的。

让我们来说明一下这个问题。没有类，为简单起见，使用普通对象。

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

let rabbit = {
    __proto__: animal,
    name: ‘Rabbit‘,
    eat() {
        // 这是 super.eat() 可能运行的原因
        this.__proto__.eat.call(this); // (*)
    }
};

rabbit.eat(); // Rabbit eats

在(*)这一行，我们从原型animal，我们从原型animal上获取eat方法，并在当前对象的上下文中调用它。注意, .call(this)在这里非常重要，因为简单的调用this.__proto__.eat()将在原型的上下文中执行eat，而非当前对象。

上述代码中，我们获得了正确的父类方法。但如果在原型链上再添加一个额外的对象。这就不成立了

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

let rabbit = {
    __proto__: animal,
    eat() {
        this.__proto__.eat.call(this); // (*)
    }
};

let longEar = {
    __proto__: rabbit,
    eat() {
        this.__proto__.eat.call(this); // (**)
    }
};

longEar.eat(); // Error: Maxium call stack size exceeded
// InternalError: too much recursion

代码无法运行；这是由于在()和(*)这两行中，this的值都是当前对象(longEar)。

在()和(*)这两行中，this.__proto__的值是完全相同的: 都是rabbit。在这个无限循环中，它们都调用了rabbit.eat，而并没有在原型链上向上寻找方法。

1. 在longEar.eat()中，(**)这一行调用rabbit.eat并且此时this=longEar。

   // 在 longEar.eat() 中 this 指向 longEar
   this.__proto__.eat.call(this) // (**)
   // 变成了
   longEar.__proto__.eat.call(this)
   // 即等同于
   rabbit.eat.call(this);
   

2. 之后在rabbit.eat的(*)行中，我们希望将函数调用再原型链上向更高层传递，但是因为this=longEar，因此this.__proto__.eat又是rabbit.eat！

   // 在 rabbit.eat() 中 this 依旧等于 longEar
   this.__proto__.eat.call(this) // (*)
   // 变成了
   longEar.__proto__.eat.call(this)
   // 再次等同于
   rabbit.eat.call(this);
   

3. …所以 rabbit.eat 不停地循环调用自己，因此它无法进一步地往原型链的更高层调用。

因此，super无法单独使用this来解决

[[HomeObject]]

为了提供super的解决方法，javascript为函数额外添加了一个特殊的内部属性: [[HomeObjext]]。

当一个函数被定义为类或者对象方法时, 它的[[HomeObject]]属性就成为那个对象。

然后super使用它来解析父类原型和它自己的方法。

let animal = {
    name: ‘Animal‘,
    eat() { // animal.eat.[[HomeObject]] == animal // (3)
        alert(`${this.name} eats.`);
    }
};

let rabbit = {
    __proto__: animal,
    name: ‘Rabbit‘,
    eat() {
        super.eat(); // rabbit.eat.[[HomeObject]] == rabbit
        // rabbit.eat.[[HomeObject]].__proto__.eat.call(this); // (2)
    }
};

let longEar = {
    __proto__: rabbit,
    name: ‘Lonet Ear‘,
    eat() { // longEar.eat.[[HomeObject]] == longEar
        super.eat();
        // longEar.eat.[[HomeObject]].__proto__.eat.call(this); // (1)
    }
};

// 正常运行
longEar.eat(); // alert: Lonet Ear eats.

上述代码按照预期运行，基于[[HomeObject]]运行机制。 像longEar.eat这样的方法，知道[[HomeObejct]]，并且从它的原型中获取父类方法, 并没有使用 this。( 调用顺序(1) -> (2) -> (3) )

方法并不是"自由"的

通常函数都是"自由"的，并没有绑定到javascript中的对象。因此，它们可以在对象之间赋值，并且用另外一个this调用它。
[[HomeObject]]的存在违反了这个原则，因为方法记住了它们的对象。[[HomeObject]]不能被修改，所以这个绑定是永久的。

在javascript语言中[[HomeObject]]仅被用于super。所以，如果一个方法不使用super，那么仍然可以被视为自由且可在对象之间复制。但在super中可能出错。

let animal = {
  sayHi() {
    console.log(`I‘m an animal`);
  }
};

let rabbit = {
  __proto__: animal,
  sayHi() {
    super.sayHi();
  }
};

let plant = {
  sayHi() {
    console.log("I‘m a plant");
  }
};

let tree = {
  __proto__: plant,
  sayHi: rabbit.sayHi // (*)
};

tree.sayHi();  // I‘m an animal (?!?)

原因很简单:

• 在(*)行，tree.sayHi方法从rabbit复制而来。(可能是为了避免重复代码)
• 所以它的[[HomeObject]]是rabbit，因为它是在rabbit中创建的。无法修改[[HomeObject]]。
• tree.sayHi()内具有super.sayHi()。它从rabbit中上溯，然后从animal中获取方法。

方法, 不是函数属性

[[HomeObject]] 是为类和普通对象中的方法定义的。但是对于对象来说，方法必须确切指定为 method()，而不是 "method: function()"。

这个差别对我们来说可能不重要，但是对 JavaScript 来说却是非常重要的。

下面的例子中，使用非方法（non-method）语句进行比较。[[HomeObject]] 属性未设置，并且继承不起作用：

let animal = {
    eat: function() { // eat() {...}
        // ...
    }
};

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

rabbit.eat(); // 错误调用 super（因为这里并没有 [[HomeObject]]）

总结

1.扩展类: class Child extends Parent:

• 这就意味着Child.prototype.proto将是Parent.prototype，所以方法被继承

2.重写构造函数:

• 在使用this之前，我们必须在Child构造函数中将父构造函数调用为super()。( super(…)用来初始化继承类构造函数里的 this值，相当于手动执行了 this = Reflect.construct(super.constructor, args, new.target))

3.重写方法:

• 我们可以在Child方法中使用super.method()来调用Parent方法；(通过方法的内部属性[[HomeObject]]实现往原型链的更高层调用)

4.内部工作:

• 方法在内部[[HomeObject]]属性中记住它们的类/对象。这就是super如何解析父类方法的。
• 因此，将一个带有super的方法从一个对象复制到另一个对象是不安全的。

补充:

• 箭头函数没有自己的this或super，所以它们能融入到就近的上下文，像透明似的。

class Rabbit与class Rabbit extends Object的区别

extends语法会设置两个原型:

1.在构造函数的prototype之间设置原型(为了获取实例方法)

2.在构造函数之间会设置原型(为了获取静态方法)

class Rabbit extends Object {}

alert( Rabbit.prototype.__proto__ === Object.prototype ); // (1) true
alert( Rabbit.__proto__ === Object ); // (2) true

// 所以现在 Rabbit 对象可以通过 Rabbit 访问 Object 的静态方法，如下所示：
class Rabbit extends Object {}

// 通常我们调用 Object.getOwnPropertyNames
alert ( Rabbit.getOwnPropertyNames({a: 1, b: 2}) ); // a,b (*)

但是如果我们没有声明 extends Object，那么 Rabbit.__proto__ 将不会被设置为 Object。

class Rabbit {}

alert( Rabbit.prototype.__proto__ === Object.prototype ); // (1) true
alert( Rabbit.__proto__ === Object ); // (2) false (!)
alert( Rabbit.__proto__ === Function.prototype ); // 所有函数都是默认如此

// 报错，Rabbit 上没有对应的函数
alert ( Rabbit.getOwnPropertyNames({a: 1, b: 2})); // Error

顺便说一下，Function.prototype 也有一些函数的通用方法，比如 call、bind 等等。在上述的两种情况下他们都是可用的，因为对于内置的 Object 构造函数来说，Object.__proto__ === Function.prototype。(所有函数都是默认如此)

因此class Rabbit与class Rabbit extends Object有两点区别

class Rabbit	class Rabbit extends Object
-	needs to call super() in constructor
Rabbit.__proto__ === Function.prototype	Rabbit.__proto__ === Object