8.4 类
前几节深入讲解了如何只使用ECMAScript 5的特性来模拟类似于类(class-like)的行为。不难看出,各种策略都有自己的问题,也有相应的妥协。正因为如此,实现继承的代码也显得非常冗长和混乱。
为解决这些问题,ECMAScript 6新引入的class关键字具有正式定义类的能力。类(class)是ECMAScript中新的基础性语法糖结构,因此刚开始接触时可能会不太习惯。虽然ECMAScript 6类表面上看起来可以支持正式的面向对象编程,但实际上它背后使用的仍然是原型和构造函数的概念。
8.4.1 类定义
与函数类型相似,定义类也有两种主要方式:类声明和类表达式。这两种方式都使用class关键字加大括号:
// 类声明 class Person {} // 类表达式 const Animal = class {};
与函数表达式类似,类表达式在它们被求值前也不能引用。不过,与函数定义不同的是,虽然函数声明可以提升,但类定义不能:
console.log(FunctionExpression); // undefined var FunctionExpression = function() {}; console.log(FunctionExpression); // function() {} console.log(FunctionDeclaration); // FunctionDeclaration() {} function FunctionDeclaration() {} console.log(FunctionDeclaration); // FunctionDeclaration() {} console.log(ClassExpression); // undefined var ClassExpression = class {}; console.log(ClassExpression); // class {} console.log(ClassDeclaration); // ReferenceError: ClassDeclaration is not defined class ClassDeclaration {} console.log(ClassDeclaration); // class ClassDeclaration {}
另一个跟函数声明不同的地方是,函数受函数作用域限制,而类受块作用域限制:
{ function FunctionDeclaration() {} class ClassDeclaration {} } console.log(FunctionDeclaration); // FunctionDeclaration() {} console.log(ClassDeclaration); // ReferenceError: ClassDeclaration is not defined
类的构成
类可以包含构造函数方法、实例方法、获取函数、设置函数和静态类方法,但这些都不是必需的。空的类定义照样有效。默认情况下,类定义中的代码都在严格模式下执行。
与函数构造函数一样,多数编程风格都建议类名的首字母要大写,以区别于通过它创建的实例(比如,通过class Foo {}创建实例foo):
// 空类定义,有效 class Foo {} // 有构造函数的类,有效 class Bar { constructor() {} } // 有获取函数的类,有效 class Baz { get myBaz() {} } // 有静态方法的类,有效 class Qux { static myQux() {} }
类表达式的名称是可选的。在把类表达式赋值给变量后,可以通过name属性取得类表达式的名称字符串。但不能在类表达式作用域外部访问这个标识符。
let Person = class PersonName { identify() { console.log(Person.name, PersonName.name); } } let p = new Person(); p.identify(); // PersonName PersonName console.log(Person.name); // PersonName console.log(PersonName); // ReferenceError: PersonName is not defined
8.4.2 类构造函数
constructor关键字用于在类定义块内部创建类的构造函数。方法名constructor会告诉解释器在使用new操作符创建类的新实例时,应该调用这个函数。构造函数的定义不是必需的,不定义构造函数相当于将构造函数定义为空函数。
1.实例化
使用new操作符实例化Person的操作等于使用new调用其构造函数。唯一可感知的不同之处就是,JavaScript解释器知道使用new和类意味着应该使用constructor函数进行实例化。
使用new调用类的构造函数会执行如下操作。
(1)在内存中创建一个新对象。
(2)这个新对象内部的[[Prototype]]指针被赋值为构造函数的prototype属性。
(3)构造函数内部的this被赋值为这个新对象(即this指向新对象)。
(4)执行构造函数内部的代码(给新对象添加属性)。
(5)如果构造函数返回非空对象,则返回该对象;否则,返回刚创建的新对象。
来看下面的例子:
class Animal {} class Person { constructor() { console.log('person ctor'); } } class Vegetable { constructor() { this.color = 'orange'; } } let a = new Animal(); let p = new Person(); // person ctor let v = new Vegetable(); console.log(v.color); // orange
类实例化时传入的参数会用作构造函数的参数。如果不需要参数,则类名后面的括号也是可选的:
class Person { constructor(name) { console.log(arguments.length); this.name = name || null; } } let p1 = new Person; // 0 console.log(p1.name); // null let p2 = new Person(); // 0 console.log(p2.name); // null let p3 = new Person('Jake'); // 1 console.log(p3.name); // Jake
默认情况下,类构造函数会在执行之后返回this对象。构造函数返回的对象会被用作实例化的对象,如果没有什么引用新创建的this对象,那么这个对象会被销毁。不过,如果返回的不是this对象,而是其他对象,那么这个对象不会通过instanceof操作符检测出跟类有关联,因为这个对象的原型指针并没有被修改。
class Person { constructor(override) { this.foo = 'foo'; if (override) { return { bar: 'bar' }; } } } let p1 = new Person(), p2 = new Person(true); console.log(p1); // Person{ foo: 'foo' } console.log(p1 instanceof Person); // true console.log(p2); // { bar: 'bar' } console.log(p2 instanceof Person); // false
类构造函数与构造函数的主要区别是,调用类构造函数必须使用new操作符。而普通构造函数如果不使用new调用,那么就会以全局的this(通常是window)作为内部对象。调用类构造函数时如果忘了使用new则会抛出错误:
function Person() {} class Animal {} // 把window作为this来构建实例 let p = Person(); let a = Animal(); // TypeError: class constructor Animal cannot be invoked without 'new'
类构造函数没有什么特殊之处,实例化之后,它会成为普通的实例方法(但作为类构造函数,仍然要使用new调用)。因此,实例化之后可以在实例上引用它:
class Person {} // 使用类创建一个新实例 let p1 = new Person(); p1.constructor(); // TypeError: Class constructor Person cannot be invoked without 'new' // 使用对类构造函数的引用创建一个新实例 let p2 = new p1.constructor();
2.把类当成特殊函数
ECMAScript中没有正式的类这个类型。从各方面来看,ECMAScript类就是一种特殊函数。声明一个类之后,通过typeof操作符检测类标识符,表明它是一个函数:
class Person {} console.log(Person); // class Person {} console.log(typeof Person); // function
类标识符有prototype属性,而这个原型也有一个constructor属性指向类自身:
class Person{} console.log(Person.prototype); // { constructor: f() } console.log(Person === Person.prototype.constructor); // true
与普通构造函数一样,可以使用instanceof操作符检查构造函数原型是否存在于实例的原型链中:
class Person {} let p = new Person(); console.log(p instanceof Person); // true
由此可知,可以使用instanceof操作符检查一个对象与类构造函数,以确定这个对象是不是类的实例。只不过此时的类构造函数要使用类标识符,比如,在前面的例子中要检查p和Person。
如前所述,类本身具有与普通构造函数一样的行为。在类的上下文中,类本身在使用new调用时就会被当成构造函数。重点在于,类中定义的constructor方法不会被当成构造函数,在对它使用instanceof操作符时会返回false。但是,如果在创建实例时直接将类构造函数当成普通构造函数来使用,那么instanceof操作符的返回值会反转:
class Person {} let p1 = new Person(); console.log(p1.constructor === Person); // true console.log(p1 instanceof Person); // true console.log(p1 instanceof Person.constructor); // false let p2 = new Person.constructor(); console.log(p2.constructor === Person); // false console.log(p2 instanceof Person); // false console.log(p2 instanceof Person.constructor); // true
类是JavaScript的一等公民,因此可以像其他对象或函数引用一样把类作为参数传递:
// 类可以像函数一样在任何地方定义,比如在数组中 let classList = [ class { constructor(id) { this.id_ = id; console.log(`instance ${this.id_}`); } } ]; function createInstance(classDefinition, id) { return new classDefinition(id); } let foo = createInstance(classList[0], 3141); // instance 3141
与立即调用函数表达式相似,类也可以立即实例化:
// 因为是一个类表达式,所以类名是可选的 let p = new class Foo { constructor(x) { console.log(x); } }('bar'); // bar console.log(p); // Foo {}
8.4.3 实例、原型和类成员
类的语法可以非常方便地定义应该存在于实例上的成员、应该存在于原型上的成员,以及应该存在于类本身的成员。
1.实例成员
每次通过new调用类标识符时,都会执行类构造函数。在这个函数内部,可以为新创建的实例(this)添加“自有”属性。至于添加什么样的属性,则没有限制。另外,在构造函数执行完毕后,仍然可以给实例继续添加新成员。
每个实例都对应一个唯一的成员对象,这意味着所有成员都不会在原型上共享:
class Person { constructor() { // 这个例子先使用对象包装类型定义一个字符串 // 为的是在下面测试两个对象的相等性 this.name = new String('Jack'); this.sayName = () => console.log(this.name); this.nicknames = ['Jake', 'J-Dog'] } } let p1 = new Person(), p2 = new Person(); p1.sayName(); // Jack p2.sayName(); // Jack console.log(p1.name === p2.name); // false console.log(p1.sayName === p2.sayName); // false console.log(p1.nicknames === p2.nicknames); // false p1.name = p1.nicknames[0]; p2.name = p2.nicknames[1]; p1.sayName(); // Jake p2.sayName(); // J-Dog
2.原型方法与访问器
为了在实例间共享方法,类定义语法把在类块中定义的方法作为原型方法。
class Person { constructor() { // 添加到this的所有内容都会存在于不同的实例上 this.locate = () => console.log('instance'); } // 在类块中定义的所有内容都会定义在类的原型上 locate() { console.log('prototype'); } } let p = new Person(); p.locate(); // instance Person.prototype.locate(); // prototype
可以把方法定义在类构造函数中或者类块中,但不能在类块中给原型添加原始值或对象作为成员数据:
class Person { name: 'Jake' } // Uncaught SyntaxError: Unexpected token
类方法等同于对象属性,因此可以使用字符串、符号或计算的值作为键:
const symbolKey = Symbol('symbolKey'); class Person { stringKey() { console.log('invoked stringKey'); } [symbolKey]() { console.log('invoked symbolKey'); } ['computed' + 'Key']() { console.log('invoked computedKey'); } } let p = new Person(); p.stringKey(); // invoked stringKey p[symbolKey](); // invoked symbolKey p.computedKey(); // invoked computedKey
类定义也支持获取和设置访问器。语法与行为跟普通对象一样:
class Person { set name(newName) { this.name_ = newName; } get name() { return this.name_; } } let p = new Person(); p.name = 'Jake'; console.log(p.name); // Jake
3.静态类方法
可以在类上定义静态方法。这些方法通常用于执行不特定于实例的操作,也不要求存在类的实例。与原型成员类似,静态成员每个类上只能有一个。
静态类成员在类定义中使用static关键字作为前缀。在静态成员中,this引用类自身。其他所有约定跟原型成员一样:
class Person { constructor() { // 添加到this的所有内容都会存在于不同的实例上 this.locate = () => console.log('instance', this); } // 定义在类的原型对象上 locate() { console.log('prototype', this); } //定义在类本身上 staticlocate(){ console.log('class', this); } } let p = new Person(); p.locate(); // instance, Person {} Person.prototype.locate(); // prototype, {constructor: ... } Person.locate(); // class, class Person {}
静态类方法非常适合作为实例工厂:
class Person { constructor(age) { this.age_ = age; } sayAge() { console.log(this.age_); } static create() { // 使用随机年龄创建并返回一个Person实例 return new Person(Math.floor(Math.random()*100)); } } console.log(Person.create()); // Person { age_: ... }
4.非函数原型和类成员
虽然类定义并不显式支持在原型或类上添加成员数据,但在类定义外部,可以手动添加:
class Person { sayName() { console.log(`${Person.greeting} ${this.name}`); } } //在类上定义数据成员 Person.greeting='Mynameis'; //在原型上定义数据成员 Person.prototype.name='Jake'; let p = new Person(); p.sayName(); // My name is Jake
注意 类定义中之所以没有显式支持添加数据成员,是因为在共享目标(原型和类)上添加可变(可修改)数据成员是一种反模式。一般来说,对象实例应该独自拥有通过this引用的数据。
5.迭代器与生成器方法
类定义语法支持在原型和类本身上定义生成器方法:
class Person { // 在原型上定义生成器方法 *createNicknameIterator() { yield 'Jack'; yield 'Jake'; yield 'J-Dog'; } // 在类上定义生成器方法 static *createJobIterator() { yield 'Butcher'; yield 'Baker'; yield 'Candlestick maker'; } } let jobIter = Person.createJobIterator(); console.log(jobIter.next().value); // Butcher console.log(jobIter.next().value); // Baker console.log(jobIter.next().value); // Candlestick maker let p = new Person(); let nicknameIter = p.createNicknameIterator(); console.log(nicknameIter.next().value); // Jack console.log(nicknameIter.next().value); // Jake console.log(nicknameIter.next().value); // J-Dog
因为支持生成器方法,所以可以通过添加一个默认的迭代器,把类实例变成可迭代对象:
class Person { constructor() { this.nicknames = ['Jack', 'Jake', 'J-Dog']; } *[Symbol.iterator](){ yield*this.nicknames.entries(); } } let p = new Person(); for (let [idx, nickname] of p) { console.log(nickname); } // Jack // Jake // J-Dog
也可以只返回迭代器实例:
class Person { constructor() { this.nicknames = ['Jack', 'Jake', 'J-Dog']; } [Symbol.iterator](){ returnthis.nicknames.entries(); } } let p = new Person(); for (let [idx, nickname] of p) { console.log(nickname); } // Jack // Jake // J-Dog
8.4.4 继承
本章前面花了大量篇幅讨论如何使用ES5的机制实现继承。ECMAScript 6新增特性中最出色的一个就是原生支持了类继承机制。虽然类继承使用的是新语法,但背后依旧使用的是原型链。
1.继承基础
ES6类支持单继承。使用extends关键字,就可以继承任何拥有[[Construct]]和原型的对象。很大程度上,这意味着不仅可以继承一个类,也可以继承普通的构造函数(保持向后兼容):
class Vehicle {} // 继承类 class Bus extends Vehicle {} let b = new Bus(); console.log(b instanceof Bus); // true console.log(b instanceof Vehicle); // true function Person() {} // 继承普通构造函数 class Engineer extends Person {} let e = new Engineer(); console.log(e instanceof Engineer); // true console.log(e instanceof Person); // true
派生类都会通过原型链访问到类和原型上定义的方法。this的值会反映调用相应方法的实例或者类:
class Vehicle { identifyPrototype(id) { console.log(id, this); } static identifyClass(id) { console.log(id, this); } } class Bus extends Vehicle {} let v = new Vehicle(); let b = new Bus(); b.identifyPrototype('bus'); // bus, Bus {} v.identifyPrototype('vehicle'); // vehicle, Vehicle {} Bus.identifyClass('bus'); // bus, class Bus {} Vehicle.identifyClass('vehicle'); // vehicle, class Vehicle {}
注意 extends关键字也可以在类表达式中使用,因此let Bar = class extends Foo {}是有效的语法。
2.构造函数、HomeObject和super()
派生类的方法可以通过super关键字引用它们的原型。这个关键字只能在派生类中使用,而且仅限于类构造函数、实例方法和静态方法内部。在类构造函数中使用super可以调用父类构造函数。
class Vehicle { constructor() { this.hasEngine = true; } } class Bus extends Vehicle { constructor() { // 不要在调用super()之前引用this,否则会抛出ReferenceError super(); // 相当于super.constructor() console.log(this instanceof Vehicle); // true console.log(this); // Bus { hasEngine: true } } } new Bus();
在静态方法中可以通过super调用继承的类上定义的静态方法:
class Vehicle { static identify() { console.log('vehicle'); } } class Bus extends Vehicle { static identify() { super.identify(); } } Bus.identify(); // vehicle
注意 ES6给类构造函数和静态方法添加了内部特性[[HomeObject]],这个特性是一个指针,指向定义该方法的对象。这个指针是自动赋值的,而且只能在JavaScript引擎内部访问。super始终会定义为[[HomeObject]]的原型。
在使用super时要注意几个问题。
❑ super只能在派生类构造函数和静态方法中使用。
class Vehicle { constructor() { super(); // SyntaxError: 'super' keyword unexpected } }
❑ 不能单独引用super关键字,要么用它调用构造函数,要么用它引用静态方法。
class Vehicle {} class Bus extends Vehicle { constructor() { console.log(super); // SyntaxError: 'super' keyword unexpected here } }
❑ 调用super()会调用父类构造函数,并将返回的实例赋值给this。
class Vehicle {} class Bus extends Vehicle { constructor() { super(); console.log(this instanceof Vehicle); } } new Bus(); // true
❑ super()的行为如同调用构造函数,如果需要给父类构造函数传参,则需要手动传入。
class Vehicle { constructor(licensePlate) { this.licensePlate = licensePlate; } } class Bus extends Vehicle { constructor(licensePlate) { super(licensePlate); } } console.log(new Bus('1337H4X')); // Bus { licensePlate: '1337H4X' }
❑ 如果没有定义类构造函数,在实例化派生类时会调用super(),而且会传入所有传给派生类的参数。
class Vehicle { constructor(licensePlate) { this.licensePlate = licensePlate; } } class Bus extends Vehicle {} console.log(new Bus('1337H4X')); // Bus { licensePlate: '1337H4X' }
❑ 在类构造函数中,不能在调用super()之前引用this。
class Vehicle {} class Bus extends Vehicle { constructor() { console.log(this); } } new Bus(); // ReferenceError: Must call super constructor in derived class // before accessing 'this' or returning from derived constructor
❑ 如果在派生类中显式定义了构造函数,则要么必须在其中调用super(),要么必须在其中返回一个对象。
class Vehicle {} class Car extends Vehicle {} class Bus extends Vehicle { constructor() { super(); } } class Van extends Vehicle { constructor() { return {}; } } console.log(new Car()); // Car {} console.log(new Bus()); // Bus {} console.log(new Van()); // {}
3.抽象基类
有时候可能需要定义这样一个类,它可供其他类继承,但本身不会被实例化。虽然ECMAScript没有专门支持这种类的语法,但通过new.target也很容易实现。new.target保存通过new关键字调用的类或函数。通过在实例化时检测new.target是不是抽象基类,可以阻止对抽象基类的实例化:
// 抽象基类 class Vehicle { constructor() { console.log(new.target); if (new.target === Vehicle) { throw new Error('Vehicle cannot be directly instantiated'); } } } // 派生类 class Bus extends Vehicle {} new Bus(); // class Bus {} new Vehicle(); // class Vehicle {} // Error: Vehicle cannot be directly instantiated
另外,通过在抽象基类构造函数中进行检查,可以要求派生类必须定义某个方法。因为原型方法在调用类构造函数之前就已经存在了,所以可以通过this关键字来检查相应的方法:
// 抽象基类 class Vehicle { constructor() { if (new.target === Vehicle) { throw new Error('Vehicle cannot be directly instantiated'); } if (! this.foo) { throw new Error('Inheriting class must define foo()'); } console.log('success! '); } } // 派生类 class Bus extends Vehicle { foo() {} } // 派生类 class Van extends Vehicle {} new Bus(); // success! new Van(); // Error: Inheriting class must define foo()
4.继承内置类型
ES6类为继承内置引用类型提供了顺畅的机制,开发者可以方便地扩展内置类型:
class SuperArray extends Array { shuffle() { // 洗牌算法 for (let i = this.length -1; i > 0; i--) { const j = Math.floor(Math.random() * (i + 1)); [this[i], this[j]] = [this[j], this[i]]; } } } let a = new SuperArray(1, 2, 3, 4, 5); console.log(a instanceof Array); // true console.log(a instanceof SuperArray); // true console.log(a); // [1, 2, 3, 4, 5] a.shuffle(); console.log(a); // [3, 1, 4, 5, 2]
有些内置类型的方法会返回新实例。默认情况下,返回实例的类型与原始实例的类型是一致的:
class SuperArray extends Array {} let a1 = new SuperArray(1, 2, 3, 4, 5); let a2 = a1.filter(x => ! ! (x%2)) console.log(a1); // [1, 2, 3, 4, 5] console.log(a2); // [1, 3, 5] console.log(a1 instanceof SuperArray); // true console.log(a2 instanceof SuperArray); // true
如果想覆盖这个默认行为,则可以覆盖Symbol.species访问器,这个访问器决定在创建返回的实例时使用的类:
class SuperArray extends Array { staticget[Symbol.species](){ returnArray; } } let a1 = new SuperArray(1, 2, 3, 4, 5); let a2 = a1.filter(x => ! ! (x%2)) console.log(a1); // [1, 2, 3, 4, 5] console.log(a2); // [1, 3, 5] console.log(a1 instanceof SuperArray); // true console.log(a2instanceofSuperArray); //false
5.类混入
把不同类的行为集中到一个类是一种常见的JavaScript模式。虽然ES6没有显式支持多类继承,但通过现有特性可以轻松地模拟这种行为。
注意 Object.assign()方法是为了混入对象行为而设计的。只有在需要混入类的行为时才有必要自己实现混入表达式。如果只是需要混入多个对象的属性,那么使用Object.assign()就可以了。
在下面的代码片段中,extends关键字后面是一个JavaScript表达式。任何可以解析为一个类或一个构造函数的表达式都是有效的。这个表达式会在求值类定义时被求值:
class Vehicle {}
function getParentClass() {
console.log('evaluated expression');
return Vehicle;
}
class Bus extends getParentClass(){}
// 可求值的表达式
混入模式可以通过在一个表达式中连缀多个混入元素来实现,这个表达式最终会解析为一个可以被继承的类。如果Person类需要组合A、B、C,则需要某种机制实现B继承A, C继承B,而Person再继承C,从而把A、B、C组合到这个超类中。实现这种模式有不同的策略。
一个策略是定义一组“可嵌套”的函数,每个函数分别接收一个超类作为参数,而将混入类定义为这个参数的子类,并返回这个类。这些组合函数可以连缀调用,最终组合成超类表达式:
class Vehicle {} let FooMixin = (Superclass) => class extends Superclass { foo() { console.log('foo'); } }; let BarMixin = (Superclass) => class extends Superclass { bar() { console.log('bar'); } }; let BazMixin = (Superclass) => class extends Superclass { baz() { console.log('baz'); } }; class Bus extends FooMixin(BarMixin(BazMixin(Vehicle))) {} let b = new Bus(); b.foo(); // foo b.bar(); // bar b.baz(); // baz
通过写一个辅助函数,可以把嵌套调用展开:
class Vehicle {} let FooMixin = (Superclass) => class extends Superclass { foo() { console.log('foo'); } }; let BarMixin = (Superclass) => class extends Superclass { bar() { console.log('bar'); } }; let BazMixin = (Superclass) => class extends Superclass { baz() { console.log('baz'); } }; function mix(BaseClass, ...Mixins) { return Mixins.reduce((accumulator, current) => current(accumulator), BaseClass); } class Bus extends mix(Vehicle, FooMixin, BarMixin, BazMixin) {} let b = new Bus(); b.foo(); // foo b.bar(); // bar b.baz(); // baz
注意 很多JavaScript框架(特别是React)已经抛弃混入模式,转向了组合模式(把方法提取到独立的类和辅助对象中,然后把它们组合起来,但不使用继承)。这反映了那个众所周知的软件设计原则:“组合胜过继承(composition over inheritance)。”这个设计原则被很多人遵循,在代码设计中能提供极大的灵活性。