摘要:前言见解有限,如有描述不当之处,请帮忙及时指出,如有错误,会及时修正。倘若用的是中文搜索。所以最终的实例对象仍然能进行正常的原型链回溯,回溯到原本的所有原型方法这样通过一个巧妙的欺骗技巧,就实现了完美的继承。
前言
见解有限,如有描述不当之处,请帮忙及时指出,如有错误,会及时修正。
20180201更新:
修改用词描述,如组合寄生式改成寄生组合式,修改多处笔误(感谢@Yao Ding的反馈)
----------长文+多图预警,需要花费一定时间----------
故事是从一次实际需求中开始的。。。
某天,某人向我寻求了一次帮助,要协助写一个日期工具类,要求:
此类继承自Date,拥有Date的所有属性和对象
此类可以自由拓展方法
形象点描述,就是要求可以这样:
// 假设最终的类是 MyDate,有一个getTest拓展方法 let date = new MyDate(); // 调用Date的方法,输出GMT绝对毫秒数 console.log(date.getTime()); // 调用拓展的方法,随便输出什么,譬如helloworld! console.log(date.getTest());
于是,随手用JS中经典的寄生组合式写了一个继承,然后,刚准备完美收工,一运行,却出现了以下的情景:
但是的心情是这样的: ?囧
以前也没有遇到过类似的问题,然后自己尝试着用其它方法,多次尝试,均无果(不算暴力混合法的情况),其实回过头来看,是因为思路新奇,凭空想不到,并不是原理上有多难。。。
于是,借助强大的搜素引擎,搜集资料,最后,再自己总结了一番,才有了本文。
----------正文开始前----------
正文开始前,各位看官可以先暂停往下读,尝试下,在不借助任何网络资料的情况下,是否能实现上面的需求?(就以10分钟为限吧)
大纲
先说说如何快速快速寻求解答
stackoverflow上早就有答案了!
倘若用的是中文搜索。
分析问题的关键
经典的继承法有何问题
为什么无法被继承?
该如何实现继承?
暴力混合法
ES5黑魔法
ES6大法
ES6写法,然后babel打包
几种继承的细微区别
ES6继承与ES5继承的区别
构造函数与实例对象
[[Class]]与Internal slot
如何快速判断是否继承?
写在最后的话
先说说如何快速快速寻求解答遇到不会的问题,肯定第一目标就是如何快速寻求解决方案,答案是:
先去stackoverflow上看看有没有类似的题。。。
于是,借助搜索引擎搜索了下,第一条就符合条件,点开进去看描述
stackoverflow上早就有答案了!先说说结果,再浏览一番后,确实找到了解决方案,然后回过头来一看,惊到了,因为这个问题的提问时间是6 years, 7 months ago。
也就是说,2011年的时候就已经有人提出了。。。
感觉自己落后了一个时代>_<。。。
而且还发现了一个细节,那就是viewed:10,606 times,也就是说至今一共也才一万多次阅读而已,考虑到前端行业的从业人数,这个比例惊人的低。
以点见面,看来,遇到这个问题的人并不是很多。
用中文搜索并不丢人(我遇到问题时的本能反应也是去百度)。结果是这样的:
嗯,看来英文关键字搜索效果不错,第一条就是符合要求的。然后又试了试中文搜索。
效果不如人意,搜索前几页,唯一有一条看起来比较相近的(segmentfault上的那条),点进去看
怎么说呢。。。这个问题关注度不高,浏览器数较少,而且上面的问题描述和预期的有点区别,仍然是有人回答的。
不过,虽然说问题在一定程度上得到了解决,但是回答者绕过了无法继承这个问题,有点未竟全功的意思。。。
借助stackoverflow上的回答
经典的继承法有何问题先看看本文最开始时提到的经典继承法实现,如下:
/** * 经典的js寄生组合式继承 */ function MyDate() { Date.apply(this, arguments); this.abc = 1; } function inherits(subClass, superClass) { function Inner() {} Inner.prototype = superClass.prototype; subClass.prototype = new Inner(); subClass.prototype.constructor = subClass; } inherits(MyDate, Date); MyDate.prototype.getTest = function() { return this.getTime(); }; let date = new MyDate(); console.log(date.getTest());
就是这段代码⬆,这也是JavaScript高程(红宝书)中推荐的一种,一直用,从未失手,结果现在马失前蹄。。。
我们再回顾下它的报错:
再打印它的原型看看:
怎么看都没问题,因为按照原型链回溯规则,Date的所有原型方法都可以通过MyDate对象的原型链往上回溯到。
再仔细看看,发现它的关键并不是找不到方法,而是this is not a Date object.
嗯哼,也就是说,关键是:由于调用的对象不是Date的实例,所以不允许调用,就算是自己通过原型继承的也不行
为什么无法被继承?首先,看看MDN上的解释,上面有提到,JavaScript的日期对象只能通过JavaScript Date作为构造函数来实例化。
然后再看看stackoverflow上的回答:
有提到,v8引擎底层代码中有限制,如果调用对象的[[Class]]不是Date,则抛出错误。
总的来说,结合这两点,可以得出一个结论:
要调用Date上方法的实例对象必须通过Date构造出来,否则不允许调用Date的方法
该如何实现继承?虽然原因找到了,但是问题仍然要解决啊,真的就没办法了么?当然不是,事实上还是有不少实现的方法的。
暴力混合法首先,说说说下暴力的混合法,它是下面这样子的:
说到底就是:内部生成一个Date对象,然后此类暴露的方法中,把原有Date中所有的方法都代理一遍,而且严格来说,这根本算不上继承(都没有原型链回溯)。
ES5黑魔法然后,再看看ES5中如何实现?
// 需要考虑polyfill情况 Object.setPrototypeOf = Object.setPrototypeOf || function(obj, proto) { obj.__proto__ = proto; return obj; }; /** * 用了点技巧的继承,实际上返回的是Date对象 */ function MyDate() { // bind属于Function.prototype,接收的参数是:object, param1, params2... var dateInst = new(Function.prototype.bind.apply(Date, [Date].concat(Array.prototype.slice.call(arguments))))(); // 更改原型指向,否则无法调用MyDate原型上的方法 // ES6方案中,这里就是[[prototype]]这个隐式原型对象,在没有标准以前就是__proto__ Object.setPrototypeOf(dateInst, MyDate.prototype); dateInst.abc = 1; return dateInst; } // 原型重新指回Date,否则根本无法算是继承 Object.setPrototypeOf(MyDate.prototype, Date.prototype); MyDate.prototype.getTest = function getTest() { return this.getTime(); }; let date = new MyDate(); // 正常输出,譬如1515638988725 console.log(date.getTest());
一眼看上去不知所措?没关系,先看下图来理解:(原型链关系一目了然)
可以看到,用的是非常巧妙的一种做法:
正常继承的情况如下:
new MyDate()返回实例对象date是由MyDate构造的
原型链回溯是: date(MyDate对象)->date.__proto__->MyDate.prototype->MyDate.prototype.__proto__->Date.prototype
这种做法的继承的情况如下:
new MyDate()返回实例对象date是由Date构造的
原型链回溯是: date(Date对象)->date.__proto__->MyDate.prototype->MyDate.prototype.__proto__->Date.prototype
可以看出,关键点在于:
构造函数里返回了一个真正的Date对象(由Date构造,所以有这些内部类中的关键[[Class]]标志),所以它有调用Date原型上方法的权利
构造函数里的Date对象的[[ptototype]](对外,浏览器中可通过__proto__访问)指向MyDate.prototype,然后MyDate.prototype再指向Date.prototype。
所以最终的实例对象仍然能进行正常的原型链回溯,回溯到原本Date的所有原型方法
这样通过一个巧妙的欺骗技巧,就实现了完美的Date继承。不过补充一点,MDN上有提到尽量不要修改对象的[[Prototype]],因为这样可能会干涉到浏览器本身的优化。
如果你关心性能,你就不应该在一个对象中修改它的 [[Prototype]]
ES6大法当然,除了上述的ES5实现,ES6中也可以直接继承(自带支持继承Date),而且更为简单:
class MyDate extends Date { constructor() { super(); this.abc = 1; } getTest() { return this.getTime(); } } let date = new MyDate(); // 正常输出,譬如1515638988725 console.log(date.getTest());
对比下ES5中的实现,这个真的是简单的不行,直接使用ES6的Class语法就行了。
而且,也可以正常输出。
注意:这里的正常输出环境是直接用ES6运行,不经过babel打包,打包后实质上是转化成ES5的,所以效果完全不一样
ES6写法,然后Babel打包虽然说上述ES6大法是可以直接继承Date的,但是,考虑到实质上大部分的生产环境是:ES6 + Babel
直接这样用ES6 + Babel是会出问题的
不信的话,可以自行尝试下,Babel打包成ES5后代码大致是这样的:
然后当信心满满的开始用时,会发现:
对,又出现了这个问题,也许这时候是这样的⊙?⊙
因为转译后的ES5源码中,仍然是通过MyDate来构造,
而MyDate的构造中又无法修改属于Date内部的[[Class]]之类的私有标志,
因此构造出的对象仍然不允许调用Date方法(调用时,被引擎底层代码识别为[[Class]]标志不符合,不允许调用,抛出错误)
由此可见,ES6继承的内部实现和Babel打包编译出来的实现是有区别的。
(虽说Babel的polyfill一般会按照定义的规范去实现的,但也不要过度迷信)。
虽然上述提到的三种方法都可以达到继承Date的目的-混合法严格说不能算继承,只不过是另类实现。
于是,将所有能打印的主要信息都打印出来,分析几种继承的区别,大致场景是这样的:
可以参考:( 请进入调试模式)https://dailc.github.io/fe-interview/demo/extends_date.html
从上往下,1, 2, 3, 4四种继承实现分别是:(排出了混合法)
ES6的Class大法
经典寄生组合式继承法
本文中的取巧做法,Date构造实例,然后更改__proto__的那种
ES6的Class大法,Babel打包后的实现(无法正常调用的)
~~~~以下是MyDate们的prototype~~~~~~~~~ Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ} Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ} Date {getTest: ƒ, constructor: ƒ} Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ} ~~~~以下是new出的对象~~~~~~~~~ Sat Jan 13 2018 21:58:55 GMT+0800 (CST) MyDate2 {abc: 1} Sat Jan 13 2018 21:58:55 GMT+0800 (CST) MyDate {abc: 1} ~~~~以下是new出的对象的Object.prototype.toString.call~~~~~~~~~ [object Date] [object Object] [object Date] [object Object] ~~~~以下是MyDate们的__proto__~~~~~~~~~ ƒ Date() { [native code] } ƒ () { [native code] } ƒ () { [native code] } ƒ Date() { [native code] } ~~~~以下是new出的对象的__proto__~~~~~~~~~ Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ} Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ} Date {getTest: ƒ, constructor: ƒ} Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ} ~~~~以下是对象的__proto__与MyDate们的prototype比较~~~~~~~~~ true true true true
看出,主要差别有几点:
MyDate们的__proto__指向不一样
Object.prototype.toString.call的输出不一样
对象本质不一样,可以正常调用的1, 3都是Date构造出的,而其它的则是MyDate构造出的
我们上文中得出的一个结论是:由于调用的对象不是由Date构造出的实例,所以不允许调用,就算是自己的原型链上有Date.prototype也不行
但是这里有两个变量:分别是底层构造实例的方法不一样,以及对象的Object.prototype.toString.call的输出不一样。
(另一个MyDate.__proto__可以排除,因为原型链回溯肯定与它无关)
万一它的判断是根据Object.prototype.toString.call来的呢?那这样结论不就有误差了?
于是,根据ES6中的,Symbol.toStringTag,使用黑魔法,动态的修改下它,排除下干扰:
// 分别可以给date2,date3设置 Object.defineProperty(date2, Symbol.toStringTag, { get: function() { return "Date"; } });
然后在打印下看看,变成这样了:
[object Date] [object Date] [object Date] [object Object]
可以看到,第二个的MyDate2构造出的实例,虽然打印出来是[object Date],但是调用Date方法仍然是有错误
此时我们可以更加准确一点的确认:由于调用的对象不是由Date构造出的实例,所以不允许调用
而且我们可以看到,就算通过黑魔法修改Object.prototype.toString.call,内部的[[Class]]标识位也是无法修改的。
(这块知识点大概是Object.prototype.toString.call可以输出内部的[[Class]],但无法改变它,由于不是重点,这里不赘述)。
从上文中的分析可以看到一点:ES6的Class写法继承是没问题的。但是换成ES5写法就不行了。
所以ES6的继承大法和ES5肯定是有区别的,那么究竟是哪里不同呢?(主要是结合的本文继承Date来说)
区别:(以SubClass,SuperClass,instance为例)
ES5中继承的实质是:(那种经典寄生组合式继承法)
先由子类(SubClass)构造出实例对象this
然后在子类的构造函数中,将父类(SuperClass)的属性添加到this上,SuperClass.apply(this, arguments)
子类原型(SubClass.prototype)指向父类原型(SuperClass.prototype)
所以instance是子类(SubClass)构造出的(所以没有父类的[[Class]]关键标志)
所以,instance有SubClass和SuperClass的所有实例属性,以及可以通过原型链回溯,获取SubClass和SuperClass原型上的方法
ES6中继承的实质是:
先由父类(SuperClass)构造出实例对象this,这也是为什么必须先调用父类的super()方法(子类没有自己的this对象,需先由父类构造)
然后在子类的构造函数中,修改this(进行加工),譬如让它指向子类原型(SubClass.prototype),这一步很关键,否则无法找到子类原型(注,子类构造中加工这一步的实际做法是推测出的,从最终效果来推测)
然后同样,子类原型(SubClass.prototype)指向父类原型(SuperClass.prototype)
所以instance是父类(SuperClass)构造出的(所以有着父类的[[Class]]关键标志)
所以,instance有SubClass和SuperClass的所有实例属性,以及可以通过原型链回溯,获取SubClass和SuperClass原型上的方法
以上⬆就列举了些重要信息,其它的如静态方法的继承没有赘述。(静态方法继承实质上只需要更改下SubClass.__proto__到SuperClass即可)
可以看着这张图快速理解:
有没有发现呢:ES6中的步骤和本文中取巧继承Date的方法一模一样,不同的是ES6是语言底层的做法,有它的底层优化之处,而本文中的直接修改__proto__容易影响性能
ES6中在super中构建this的好处?
因为ES6中允许我们继承内置的类,如Date,Array,Error等。如果this先被创建出来,在传给Array等系统内置类的构造函数,这些内置类的构造函数是不认这个this的。
所以需要现在super中构建出来,这样才能有着super中关键的[[Class]]标志,才能被允许调用。(否则就算继承了,也无法调用这些内置类的方法)
看到这里,不知道是否对上文中频繁提到的构造函数,实例对象有所混淆与困惑呢?这里稍微描述下:
要弄懂这一点,需要先知道new一个对象到底发生了什么?先形象点说:
new MyClass()中,都做了些什么工作function MyClass() { this.abc = 1; } MyClass.prototype.print = function() { console.log("this.abc:" + this.abc); }; let instance = new MyClass();
譬如,上述就是一个标准的实例对象生成,都发生了什么呢?
步骤简述如下:(参考MDN,还有部分关于底层的描述略去-如[[Class]]标识位等)
构造函数内部,创建一个新的对象,它继承自MyClass.prototype,let instance = Object.create(MyClass.prototype);
使用指定的参数调用构造函数MyClass,并将 this绑定到新创建的对象,MyClass.call(instance);,执行后拥有所有实例属性
如果构造函数返回了一个“对象”,那么这个对象会取代整个new出来的结果。如果构造函数没有返回对象,那么new出来的结果为步骤1创建的对象。
(一般情况下构造函数不返回任何值,不过用户如果想覆盖这个返回值,可以自己选择返回一个普通对象来覆盖。当然,返回数组也会覆盖,因为数组也是对象。)
结合上述的描述,大概可以还原成以下代码:(简单还原,不考虑各种其它逻辑)
let instance = Object.create(MyClass.prototype); let innerConstructReturn = MyClass.call(instance); let innerConstructReturnIsObj = typeof innerConstructReturn === "object" || typeof innerConstructReturn === "function"; return innerConstructReturnIsObj ? innerConstructReturn : instance;
注意⚠️:
普通的函数构建,可以简单的认为就是上述步骤
实际上对于一些内置类(如Date等),并没有这么简单,还有一些自己的隐藏逻辑,譬如[[Class]]标识位等一些重要私有属性。
譬如可以在MDN上看到,以常规函数调用Date(即不加 new 操作符)将会返回一个字符串,而不是一个日期对象,如果这样模拟的话会无效
觉得看起来比较繁琐?可以看下图梳理:
那现在再回头看看。
什么是构造函数?
如上述中的MyClass就是一个构造函数,在内部它构造出了instance对象
什么是实例对象?
instance就是一个实例对象,它是通过new出来的?
实例与构造的关系
有时候浅显点,可以认为构造函数是xxx就是xxx的实例。即:
let instance = new MyClass();
此时我们就可以认为instance是MyClass的实例,因为它的构造函数就是它
实例就一定是由对应的构造函数构造出的么?不一定,我们那ES5黑魔法来做示例
function MyDate() { // bind属于Function.prototype,接收的参数是:object, param1, params2... var dateInst = new(Function.prototype.bind.apply(Date, [Date].concat(Array.prototype.slice.call(arguments))))(); // 更改原型指向,否则无法调用MyDate原型上的方法 // ES6方案中,这里就是[[prototype]]这个隐式原型对象,在没有标准以前就是__proto__ Object.setPrototypeOf(dateInst, MyDate.prototype); dateInst.abc = 1; return dateInst; }
我们可以看到instance的最终指向的原型是MyDate.prototype,而MyDate.prototype的构造函数是MyDate,
因此可以认为instance是MyDate的实例。
但是,实际上,instance却是由Date构造的
我们可以继续用ES6中的new.target来验证。
注意⚠️
关于new.target,MDN中的定义是:new.target返回一个指向构造方法或函数的引用。
嗯哼,也就是说,返回的是构造函数。
我们可以在相应的构造中测试打印:
class MyDate extends Date { constructor() { super(); this.abc = 1; console.log("~~~new.target.name:MyDate~~~~"); console.log(new.target.name); } } // new操作时的打印结果是: // ~~~new.target.name:MyDate~~~~ // MyDate
然后,可以在上面的示例中看到,就算是ES6的Class继承,MyDate构造中打印new.target也显示MyDate,
但实际上它是由Date来构造(有着Date关键的[[Class]]标志,因为如果不是Date构造(如没有标志)是无法调用Date的方法的)。
所以,实际上用new.target是无法判断实例对象到底是由哪一个构造构造的(这里指的是判断底层真正的[[Class]]标志来源的构造)
在MDN上的定义也可以看到,new.target返回的是直接构造函数(new作用的那个),所以请不要将直接构造函数与实际上的构造搞混
再回到结论:实例对象不一定就是由它的原型上的构造函数构造的,有可能构造函数内部有着寄生等逻辑,偷偷的用另一个函数来构造了下,
当然,简单情况下,我们直接说实例对象由对应构造函数构造也没错(不过,在涉及到这种Date之类的分析时,我们还是得明白)。
这一部分为补充内容。
前文中一直提到一个概念:Date内部的[[Class]]标识
其实,严格来说,不能这样泛而称之(前文中只是用这个概念是为了降低复杂度,便于理解),它可以分为以下两部分:
在ES5中,每种内置对象都定义了 [[Class]] 内部属性的值,[[Class]] 内部属性的值用于内部区分对象的种类
Object.prototype.toString访问的就是这个[[Class]]
规范中除了通过Object.prototype.toString,没有提供任何手段使程序访问此值。
而且Object.prototype.toString输出无法被修改
而在ES6中,之前的 [[Class]] 不再使用,取而代之的是一系列的internal slot
Internal slot 对应于与对象相关联并由各种ECMAScript规范算法使用的内部状态,它们没有对象属性,也不能被继承
根据具体的 Internal slot 规范,这种状态可以由任何ECMAScript语言类型或特定ECMAScript规范类型值的值组成
通过Object.prototype.toString,仍然可以输出Internal slot值
简单点理解(简化理解),Object.prototype.toString的流程是:如果是基本数据类型(除去Object以外的几大类型),则返回原本的slot,
如果是Object类型(包括内置对象以及自己写的对象),则调用`Symbol.toStringTag` - `Symbol.toStringTag`方法的默认实现就是返回对象的Internal slot,这个方法**可以被重写**
这两点是有所差异的,需要区分(不过简单点可以统一理解为内置对象内部都有一个特殊标识,用来区分对应类型-不符合类型就不给调用)。
JS内置对象是这些:
"Arguments", "Array", "Boolean", "Date", "Error", "Function", "JSON", "Math", "Number", "Object", "RegExp", "String"
ES6新增的一些,这里未提到:(如Promise对象可以输出[object Promise])
而前文中提到的:
Object.defineProperty(date, Symbol.toStringTag, { get: function() { return "Date"; } });
它的作用是重写Symbol.toStringTag,截取date(虽然是内置对象,但是仍然属于Object)的Object.prototype.toString的输出,让这个对象输出自己修改后的[object Date]。
但是,仅仅是做到输出的时候变成了Date,实际上内部的internal slot值并没有被改变,因此仍然不被认为是Date
如何快速判断是否继承?其实,在判断继承时,没有那么多的技巧,就只有关键的一点:[[prototype]](__ptoto__)的指向关系
譬如:
console.log(instance instanceof SubClass); console.log(instance instanceof SuperClass);
实质上就是:
SubClass.prototype是否出现在instance的原型链上
SuperClass.prototype是否出现在instance的原型链上
然后,对照本文中列举的一些图,一目了然就可以看清关系。有时候,完全没有必要弄的太复杂。
写在最后的话由于继承的介绍在网上已经多不胜数,因此本文没有再重复描述,而是由一道Date继承题引发,展开。(关键就是原型链)
不知道看到这里,各位看官是否都已经弄懂了JS中的继承呢?
另外,遇到问题时,多想一想,有时候你会发现,其实你知道的并不是那么多,然后再想一想,又会发现其实并没有这么复杂。。。
附录 博客初次发布2018.01.15于我个人博客上面
http://www.dailichun.com/2018/01/15/howtoextenddate.html
参考资料https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Classes
https://stackoverflow.com/questions/6075231/how-to-extend-the-javascript-date-object/30882416
http://exploringjs.com/es6/ch_classes.html#sec_essentials-classes
http://blog.csdn.net/github_36978270/article/details/71896444
http://blog.csdn.net/pcaxb/article/details/53784309
http://blog.csdn.net/kittyjie/article/details/50494915
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