Calss详解
1、Class基本语法
1.1、概述
JavaScript语言的传统方法是通过构造函数定义并生成新对象。下面是一个例子。
js
function Point(x, y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
Point.prototype.toString = function() {
return '(' + this.x + ', ' + this.y + ')';
}
上面这种写法跟传统的面向对象语言(比如C++和Java)差异很大,很容易让新学习这门语言的程序员感到困惑。
ES6提供了更接近传统语言的写法,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。基本上,ES6中的class可以看作只是一个语法糖,它的绝大部分功能,ES5都可以做到,新的class写法只是让对象原型的写法更加清晰,更像面向对象编程的语法而已。上面的代码用ES6的"类"改写,就是下面这样。
js
class Point{
constructor(x, y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
toString() {
return '(' + this.x + ', ' + this.y + ')';
}
}
上面的代码定义了一个"类",可以看到里面有一个constructor方法,这就是构造方法,而this关键字则代表实例对象。也就是说,ES5的构造函数Point对应ES6的Point类的构造方法。Point类除了构造方法,还定义了一个toString方法。注意,定义"类"的方法时,前面不需要加上function这个保留字,直接把函数定义放进去就可以了。另外,方法之间不需要逗号分隔,加了会报错。
ES6的类完全可以看作构造函数的另一种写法。
js
class Point{
//...
}
console.log(typeof Point);//function
console.log(Point === Point.prototype.constructor);//true
上面的代码表明,类的数据类型就是函数,类本身就指向构造函数。
构造函数的prototype属性在ES6的"类"上继续存在。事实上,类的所有方法都定义在类的prototype属性上。
js
class Point {
constructor() {
//...
}
toString() {
//...
}
toValue() {
//...
}
}
//等同于
Point.prototype = {
constructor() {},
toString(){},
toValue() {}
}
在类的实例上调用方法,其实就是调用原型上的方法。
js
class B{}
let b = new B();
console.log(b.constructor === B.prototype.constructor)//true
上面的代码中,b是B类的实例,它的constructor方法就是B类原型的constructor方法。
由于类的方法(除constructor以外)都定义在prototype对象上,所以类的新方法可以添加在prototype对象上。Object.assign方法可以很方便地一次向类添加多个方法。
js
class Point {
constructor() {
//...
}
}
Object.assign(Point,prototype, {
toString() {},
toValue() {}
})
prototype对象的constructor属性直接指向"类"本身,这与ES5的行为是一致的。
js
console.log(Point === Point.prototype.constructor);//true
另外,类的内部定义的所有方法都是不可枚举的(enumerable)。
js
class Point {
constructor(x, y) {
//...
}
toString() {
//...
}
}
console.log(Object.keys(Point.prototype));//[]
console.log(Object.getOwnPropertyNames(Point.prototype));
//[ 'constructor', 'toString' ]
上面的代码中,toString方法是Point类内部定义的方法,它是不可枚举的。这一点与ES5的行为不一致。
js
let Point = function(x, y) {
//...
}
Point.prototype.toString = function() {};
console.log(Object.keys(Point.prototype));//[ 'toString' ]
console.log(Object.getOwnPropertyNames(Point.prototype));
// [ 'constructor', 'toString' ]
上面的代码采用了ES5的写法,toString方法就是可枚举的。
类的属性名可以采用表达式。
js
let methodName = 'getArea';
class Square {
constructor(length) {
//..
}
[methodName]() {
//...
}
}
上面的代码中,Square类的方法名getArea是从表达式得到的。
1.2、constructor方法
constructor方法是类的默认方法,通过new命令生成对象实例时自动调用该方法。一个类必须有constructor方法,如果没有显式定义,一个空的constructor方法会被默认添加。
js
constructor() {}
constructor方法默认返回实例对象(即this),不过完全可以指定返回另外一个对象。
js
class Foo {
constructor() {
return Object.create(null);
}
}
console.log(new Foo() instanceof Foo);//false
上面的代码中,constructor函数返回一个全新的对象,结果导致实例对象不是Foo类的实例。
1.3、实例对象
生成实例对象的写法与ES5完全一样,也是使用new命令。如果忘记加上new,像函数那样调用Class将会报错。
js
//报错
let point = Point(2, 3);
//正确
let point = new Point(2, 3);
与ES5一样,实例的属性除非显式定义在其本身(即this对象)上,否则都是定义在原型(即Class)上。
js
class Point {
constructor(x, y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
toString() {
return '(' + this.x + ', ' + this.y + ')';
}
}
let point = new Point(2, 3);
console.log(point.toString());//(2, 3)
console.log(point.hasOwnProperty('x'));//true
console.log(point.hasOwnProperty('y'));//true
console.log(point.hasOwnProperty('toString'));//false
console.log(point.__proto__.hasOwnProperty('toString'));//true
上面的代码中,x和y都是实例对象point自身的属性(因为定义在this变量上),所以hasOwnProperty方法返回true,而toString是原型对象的属性(因为定义在Point类上),所以hasOwnProperty方法返回false。这些都与ES5的行为保持一致。
与ES5一样,类的所有实例共享一个原型对象。
js
let p1 = new Point(2, 3);
let p2 = new Point(3, 2);
console.log(p1.__proto__ === p2.__proto__);//true
上面的代码中,p1和p2都是Point的实例,它们的原型都是Point,所以__proto__属性是相等的。
这也意味着,可以通过实例的__proto__属性为Class添加方法。
js
let p1 = new Point(2, 3);
let p2 = new Point(3, 2);
p1.__proto__.printName = function() {
return 'Oops';
};
console.log(p1.printName());//Oops
console.log(p2.printName());//Oops
let p3 = new Point(4, 2);
console.log(p3.printName());//Oops
上面的代码在p1的原型上添加了一个printName方法,由于p1的原型就是p2的原型,因此p2也可以调用这个方法。而且,此后新建的实例p3也可以调用这个方法。这意味着,使用实例的__proto__属性改写原型必须相当谨慎,不推荐使用,因为这会改变Class的原始定义,影响到所有实例。
1.4、name属性
由于本质上ES6的Class只是ES5的构造函数的一层包装,所以函数的许多特性都被Class继承,包括name属性。
js
class Point {};
console.log(Point.name);//Point
name属性总是返回紧跟在class关键字后面的类名。
1.5、Class表达式
与函数一样,Class也可以使用表达式的形式定义。
js
const MyClass = class Me {
getClassName() {
return Me.name;
}
}
上面的代码使用表达式定义了一个类。需要注意的是,这个类的名字是MyClass而不是Me,Me只在Class的内部代码可用,指代当前类。
js
let inst = new MyClass();
console.log(inst.getClassName());//Me
console.log(Me.name);//ReferenceError: Me is not defined
上面的代码表示,Me只在Class内部有定义。
如果Class内部没有用到,那么可以省略Me,也就是可以写成下面的形式。
js
const MyClass = class {};
采用Class表达式,可以写出立即执行的Class。
js
let person = new class {
constructor(name) {
this.name = name;
}
sayName() {
console.log(this.name);
}
}('张三');
person.sayName();//张三
上面的代码中,person是一个立即执行的Class的实例。
1.6、不存在变量提升
Class不存在变量提升(hoist),这一点与ES5完全不同。
js
new Foo();//ReferenceError
class Foo{};
上面的代码中,Foo类使用在前,定义在后,这样会报错,因为ES6不会把变量声明提升到代码头部。这种规定的原因与下文要提到的继承有关,必须保证子类在父类之后定义。
js
{
let Foo = class {};
class Bar extends Foo {};
}
如果存在Class的提升,上面的代码将报错,因为let命令也是不提升的。
1.7、严格模式
类和模块的内部默认就是严格模式,所以不需要使用usestrict指定运行模式。只要你的代码写在类或模块中,就只有严格模式可用。
考虑到未来所有的代码其实都运行在模块中,所以ES6实际上把整个语言升级到了严格模式。
2、Class的继承
2.1、基本用法
Class之间可以通过extends关键字实现继承,这比ES5通过修改原型链实现继承要清晰和方便很多。
js
class ColorPoint extends Point {}
上面的代码定义了一个ColorPoint类,该类通过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。
js
class Point {
constructor(x, y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
toString() {
return '(' + this.x + ', ' + this.y + ')';
}
}
class ColorPoint extends Point {
constructor(x, y, color) {
super(x, y);//调用父类构造
this.color = color;
}
toString() {
return this.color + ' ' + super.toString();
}
}
上面的代码中,constructor方法和toString方法中都出现了super关键字,它指代父类的实例(即父类的this对象)。
子类必须在constructor方法中调用super方法,否则新建实例时会报错。这是因为子类没有自己的this对象,而是继承了父类的this对象,然后对其进行加工。如果不调用super方法,子类就得不到this对象。
js
class Point {};
class ColorPoint extends Point {
constructor() {
}
}
let cp = new ColorPoint();
//ReferenceError: Must call super constructor in derived class before
//accessing 'this' or returning from derived constructor
上面的代码中,ColorPoint继承了父类Point,但是它的构造函数没有调用super方法,导致新建实例时报错。
ES5的继承实质上是先创造子类的实例对象this,然后再将父类的方法添加到this上(Parent.apply(this))。ES6的继承机制完全不同,实质上是先创造父类的实例对象this(所以必须先调用super方法),然后再用子类的构造函数修改this。
如果子类没有定义constructor方法,那么这个方法会被默认添加,代码如下。也就是说,不管有没有显式定义,任何一个子类都有constructor方法。
js
constructor(...args) {
super(...args);
}
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基于对父类实例的加工,只有super方法才能返回父类实例。
js
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
}
}
上面的代码中,子类的constructor方法尚未调用super时就使用this关键字,结果报错,但放在super方法之后就是正确的。
下面是生成子类实例的代码。
js
let cp = new ColorPoint(15, 8, 'green');
console.log(cp instanceof ColorPoint);//true
console.log(cp instanceof Point);//true
上面的代码中,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。
2.2、类的prototype属性和__proto__属性
大多数浏览器的ES5实现中,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。
- 子类的__proto__属性表示构造函数的继承,总是指向父类。
- 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。
js
class A {
}
class B extends A {
}
console.log(B.__proto__ === A);//true
console.log(B.prototype.__proto__ === A.prototype);//true
上面的代码中,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。
js
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
Objectj.setPrototypeOf(B, A);
第9章给出过Object.setPrototypeOf方法的实现。
js
Object.setPrototypeOf = function(obj, proto) {
obj.__proto__ = proto;
return obj;
}
因此,就得到了上面的结果。
js
Object.setPrototypeOf(BarProp.prototype, AbortController.prototype);
//等同于
BarProp.prototype.__proto__ = AbortController.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(prototype属性)是父类的实例。
js
B.prototype = new A();
//等同于
B.prototype.__proto__ = A.prototype;
2.3、extends的继承目标
extends关键字后面可以跟多种类型的值。
js
class B extends A {}
上面的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,因此A可以是任意函数。
下面讨论3种特殊情况。
第1种特殊情况,子类继承Object类。
js
class A extends Object {
}
console.log(A.__proto__ === Object);//true
console.log(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2种特殊情况,不存在任何继承。
js
class A {
}
console.log(A.__proto__ === Function.prototype);//true
console.log(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Funciton.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。
第3种特殊情况,子类继承null。
js
class A extends null{
}
console.log(A.__proto__ === Function.prototype);//true
console.log(A.prototype.__proto__ === undefined);//true
这种情况与第2种情况非常像。A也是一个普通函数,所以直接继承Funciton.prototype。但是,A调用后返回的对象不继承任何方法,所以它的__proto__指向Function.prototype,即实质上执行了下面的代码。
js
class C extends null {
constructor() {
return Object.create(null);
}
}
2.4、Object.getPrototypeOf()
Object.getPrototypeOf方法可用于从子类上获取父类。
js
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。
2.5、super关键字
上面讲过,在子类中super关键字代表父类实例。
js
class A extends null{
get m() {
return this._p * super._p;
}
set m() {
throw new Error('该属性只读');
}
}
上面的代码中,子类通过super关键字调用了父类的实例。
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。
js
let obj = {
toString() {
return 'MyObject: ' + super.toString();
}
}
obj.toString();//MyObject: [object Object]
2.6、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。
js
class A {}
class B extends A {}
let p1 = new A();
let p2 = new B();
console.log(p2.__proto__ === p1.__proto__);//false
console.log(p2.__proto__.__proto__ === p1.__proto__);//true
上面的代码中,A继承了B,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。
js
class A {}
class B extends A {}
let p1 = new A();
let p2 = new B();
p2.__proto__.__proto__.printName = function() {
console.log('Ha');
};
p1.printName();//Ha
上面的代码在B的实例p2上向Point类添加方法,结果影响到了A的实例p1。
3、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。
js
function MyArray() {
Array.apply(this, arguments);
}
MyArray.prototype = Object.create(Array.prototype, {
constructor: {
value: MyArray,
writable: true,
configurable: true,
enumerable: true
}
});
上面的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。
js
let colors = new MyArray();
colors[0] = 'red';
console.log(colors.length);//0
colors.length = 0;
console.log(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。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]],用于定义新属性时更新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。
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,这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。
js
class MyArray extends Array {
constructor(...args) {
super(...args);
}
}
let arr = new MyArray();
arr[0] = 12;
console.log(arr.length);//1
arr.length = 0;
console.log(arr[0]);//undefined
上面的代码定义了一个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关键字不仅可用于继承类,还可用于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。下面定义了一个带版本功能的数组。
js
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]);
}
}
let x = new VersionedArray();
x.push(1);
x.push(2);
console.log(x);//VersionedArray(2) [ 1, 2, history: [ [] ] ]
console.log(x.history);//[ [] ]
x.commit();
console.log(x.history);
//[ [], VersionedArray(2) [ 1, 2, history: [ [] ] ] ]
x.push(3);
console.log(x);
// VersionedArray(3) [
// 1,
// 2,
// 3,
// history: [ [], VersionedArray(2) [ 1, 2, history: [Array] ] ]
// ]
x.revert();
console.log(x);
// VersionedArray(2) [
// 1,
// 2,
// history: [ [], VersionedArray(2) [ 1, 2, history: [Array] ] ]
// ]
上面的代码中,VersionedArray结构会通过commit方法将自己的当前状态存入history属性,然后通过revert方法可以撤销当前版本,回到上一个版本。除此之外,VersionedArray还是一个数组,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。
js
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);
}
}
let myerror = new MyError('ll');
console.log(myerror.message);//ll
console.log(myerror instanceof Error);//true
console.log(myerror.name);//MyError
console.log(myerror.stack);//Error
4、Class的取值函数(getter)和存值函数(setter)
与ES5一样,在Class内部可以使用get和set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。
js
class MyClass {
constructor() {
//...
}
get prop() {
return 'getter';
}
set prop(value) {
console.log('setter:' + value);
}
}
let inst = new MyClass();
inst.prop = 123;//setter:123
console.log(inst.prop);//getter
上面的代码中,prop属性有对应的存值函数和取值函数,因此赋值和读取行为都被自定义了。
存值函数和取值函数是设置在属性的descriptor对象上的。
js
let descriptor = Object.getOwnPropertyDescriptor(CustomHTMLElement.prototype, 'html');
for (let d in descriptor) {
console.log(d);
}
// get
// set
// enumerable
// configurable
上面的代码中,存值函数和取值函数定义在html属性的描述对象上,这与ES5完全一致。
5、Class的Generator方法
如果在某个方法前加上星号(*),就表示该方法是一个Generator函数。
js
class Foo {
constructor(...args) {
this.args = args;
}
* [Symbol.iterator]() {
for(let arg of this.args) {
yield arg;
}
}
}
for(let x of new Foo('hello', 'world')) {
console.log(x);
}
// hello
// world
上面的代码中,Foo类的Symbol.iterator方法前有一个星号,表示该方法是一个Generator函数。Symbol.iterator方法返回一个Foo类的默认遍历器,for...of循环会自动调用这个遍历器。
6、Class的静态方法
类相当于实例的原型,所有在类中定义的方法都会被实例继承。如果在一个方法前加上static关键字,就表示该方法不会被实例继承,而是直接通过类调用,称为"静态方法"。
js
class Foo {
static classMethod() {
return 'hello';
}
}
console.log(Foo.classMethod());//hello
let foo = new Foo();
console.log(foo.classMethod());
//TypeError: foo.classMethod is not a function
上面的代码中,Foo类的classMethod方法前有static关键字,表明该方法是一个静态方法,可以直接在Foo类上调用(Foo.classMethod()),而不是在Foo类的实例上调用。如果在实例上调用静态方法,会抛出一个错误,表示不存在该方法。
父类的静态方法可以被子类继承。
js
class Foo {
static classMethod() {
return 'hello';
}
}
class Bar extends Foo {
}
console.log(Bar.classMethod());//hello
上面的代码中,父类Foo有一个静态方法,子类Bar可以调用这个方法。
静态方法也可以从super对象上调用。
js
class Foo {
static classMethod() {
return 'hello';
}
}
class Bar extends Foo {
static classMethod() {
return super.classMethod() + ', too';
}
}
console.log(Bar.classMethod());//hello, too
7、Class的静态属性
静态属性指的是Class本身的属性,即Class.propname,而不是定义在实例对象(this)上的属性。
js
class Foo {
}
Foo.prop = 1;
console.log(Foo.prop);//1
上面的写法可以读/写Foo类的静态属性prop。
目前,只有这种写法可行,因为ES6明确规定,Class内部只有静态方法,没有静态属性。
js
//一下两种写法都无效,但不会报错
class Foo {
//写法一
prop: 2
//写法二
static prop: 2
}
Foo.prop//undefined
ES7有一个静态属性的提案(https://github.com/jeffmo/es-class-properties),目前Babel转码器已支持。
这个提案对实例属性和静态属性都规定了新的写法。
js
//实例属性的新写法
class MyClass {
myProp = 42;
constructor() {
console.log(this.myProp);//42
}
}
//静态属性的新写法
class MyClass {
static myStaticProp = 42;
constructor() {
console.log(MyClass.myProp);//42
}
}
8、new.target属性
new是从构造函数生成实例的命令。ES6为new命令引入了new.target属性,(在构造函数中)返回new命令所作用的构造函数。如果构造函数不是通过new命令调用的,那么new.target会返回undefined,因此这个属性可用于确定构造函数是怎么调用的。
js
function Person(name) {
if(new.target !== undefined) {
this.name = name;
} else {
throw new Error('必须使用new生成实例');
}
}
//另一种写法
function Person(name) {
if(new.target === Person) {
this.name = name;
} else {
throw new Error('必须使用new生成实例');
}
}
let person = new Person('张三');//正确
let notAPerson = Person.call(person, '张三');//报错
上面的代码确保了构造函数只能通过new命令调用。
Class内部调用new.target,返回当前Class。
js
class Rectangle {
constructor(length, width) {
console.log(new.target === Rectangle);
this.length = length;
this.width = width;
}
}
let obj = new Rectangle(3, 4);//true
需要注意的是,子类继承父类时new.target会返回子类。
js
class Rectangle {
constructor(length, width) {
console.log(new.target === Rectangle);
this.length = length;
this.width = width;
}
}
class Square extends Rectangle {
constructor(length) {
super(length, length);
}
}
let obj = new Square(3);//false
上面的代码中,new.target会返回子类。
利用这个特点,可以写出不能独立使用,必须继承后才能使用的类。
js
class Shape {
constructor() {
if(new.target === Shape) {
throw new Error('本类不能实例化');
}
}
}
class Rectangle extends Shape {
constructor(length, width) {
super();
//...
}
}
let x = new Shape();//报错
let y = new Rectangle(3, 4);//正确
上面的代码中,Shape类不能被实例化,只能用于继承。
注意,在函数外部,使用new.target会报错。
9、Mixin模式的实现
Mixin模式指的是,将多个类的接口"混入"(mix in)另一个类。它在ES6的实现如下。
js
function mix(...mixins) {
class Mix {}
for(let mixin of mixins) {
copyProperties(Mix, mixin);
copyProperties(Mix.prototype, mixin.prototype);
}
}
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);
}
}
}
上面的mix函数可将多个对象合成为一个类。使用时只需继承这个类即可。
js
class DistributedEdit extends min(Loggable, Serializable) {}