类继承是一个类扩展另一个类的一种方式。
因此,我们可以在现有功能之上创建新功能。
假设我们有 class Animal
:
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} stands still.`); } } let animal = new Animal("My animal");
这是我们对对象 animal
和 class Animal
的图形化表示:
……然后我们想创建另一个 class Rabbit
:
因为 rabbit 是 animal,所以 class Rabbit
应该是基于 class Animal
的,可以访问 animal 的方法,以便 rabbit 可以做“一般”动物可以做的事儿。
扩展另一个类的语法是:class Child extends Parent
。
让我们创建一个继承自 Animal
的 class Rabbit
:
class Rabbit extends Animal { hide() { alert(`${this.name} hides!`); } } let rabbit = new Rabbit("White Rabbit"); rabbit.run(5); // White Rabbit runs with speed 5. rabbit.hide(); // White Rabbit hides!
class Rabbit
的对象可以访问例如 rabbit.hide()
等 Rabbit
的方法,还可以访问例如 rabbit.run()
等 Animal
的方法。
在内部,关键字 extends
使用了很好的旧的原型机制进行工作。它将 Rabbit.prototype.[[Prototype]]
设置为 Animal.prototype
。所以,如果在 Rabbit.prototype
中找不到一个方法,JavaScript 就会从 Animal.prototype
中获取该方法。
例如,要查找 rabbit.run
方法,JavaScript 引擎会进行如下检查(如图所示从下到上):
查找对象 rabbit
(没有 run
)。
查找它的原型,即 Rabbit.prototype
(有 hide
,但没有 run
)。
查找它的原型,即(由于 extends
)Animal.prototype
,在这儿找到了 run
方法。
我们可以回忆一下 原生的原型 这一章的内容,JavaScript 内建对象同样也使用原型继承。例如,Date.prototype.[[Prototype]]
是 Object.prototype
。这就是为什么日期可以访问通用对象的方法。
在 extends
后允许任意表达式
类语法不仅允许指定一个类,在 extends
后可以指定任意表达式。
例如,一个生成父类的函数调用:
function f(phrase) { return class { sayHi() { alert(phrase); } }; } class User extends f("Hello") {} new User().sayHi(); // Hello
这里 class User
继承自 f("Hello")
的结果。
这对于高级编程模式,例如当我们根据许多条件使用函数生成类,并继承它们时来说可能很有用。
现在,让我们继续前行并尝试重写一个方法。默认情况下,所有未在 class Rabbit
中指定的方法均从 class Animal
中直接获取。
但是如果我们在 Rabbit
中指定了我们自己的方法,例如 stop()
,那么将会使用它:
class Rabbit extends Animal { stop() { // ……现在这个将会被用作 rabbit.stop() // 而不是来自于 class Animal 的 stop() } }
然而通常,我们不希望完全替换父类的方法,而是希望在父类方法的基础上进行调整或扩展其功能。我们在我们的方法中做一些事儿,但是在它之前或之后或在过程中会调用父类方法。
Class 为此提供了 "super"
关键字。
执行 super.method(...)
来调用一个父类方法。
执行 super(...)
来调用一个父类 constructor(只能在我们的 constructor 中)。
例如,让我们的 rabbit 在停下来的时候自动 hide:
class Animal { constructor(name) { this.speed = 0; this.name = name; } run(speed) { this.speed = speed; alert(`${this.name} runs with speed ${this.speed}.`); } stop() { this.speed = 0; alert(`${this.name} stands still.`); } } class Rabbit extends Animal { hide() { alert(`${this.name} hides!`); } stop() { super.stop(); // 调用父类的 stop this.hide(); // 然后 hide } } let rabbit = new Rabbit("White Rabbit"); rabbit.run(5); // White Rabbit runs with speed 5. rabbit.stop(); // White Rabbit stands still. White Rabbit hides!
现在,Rabbit
在执行过程中调用父类的 super.stop()
方法,所以 Rabbit
也具有了 stop
方法。
箭头函数没有 super
正如我们在 深入理解箭头函数 一章中所提到的,箭头函数没有 super
。
如果被访问,它会从外部函数获取。例如:
class Rabbit extends Animal { stop() { setTimeout(() => super.stop(), 1000); // 1 秒后调用父类的 stop } }
箭头函数中的 super
与 stop()
中的是一样的,所以它能按预期工作。如果我们在这里指定一个“普通”函数,那么将会抛出错误:
// 意料之外的 super setTimeout(function() { super.stop() }, 1000);
对于重写 constructor 来说,则有点棘手。
到目前为止,Rabbit
还没有自己的 constructor
。
根据 规范,如果一个类扩展了另一个类并且没有 constructor
,那么将生成下面这样的“空” constructor
:
class Rabbit extends Animal { // 为没有自己的 constructor 的扩展类生成的 constructor(...args) { super(...args); } }
正如我们所看到的,它调用了父类的 constructor
,并传递了所有的参数。如果我们没有写自己的 constructor,就会出现这种情况。
现在,我们给 Rabbit
添加一个自定义的 constructor。除了 name
之外,它还会指定 earLength
。
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; } // ... } // 不工作! let rabbit = new Rabbit("White Rabbit", 10); // Error: this is not defined.
哎呦!我们得到了一个报错。现在我们没法新建 rabbit。是什么地方出错了?
简短的解释是:
继承类的 constructor 必须调用 super(...)
,并且 (!) 一定要在使用 this
之前调用。
……但这是为什么呢?这里发生了什么?确实,这个要求看起来很奇怪。
当然,本文会给出一个解释。让我们深入细节,这样你就可以真正地理解发生了什么。
在 JavaScript 中,继承类(所谓的“派生构造器”,英文为 “derived constructor”)的构造函数与其他函数之间是有区别的。派生构造器具有特殊的内部属性 [[ConstructorKind]]:"derived"
。这是一个特殊的内部标签。
该标签会影响它的 new
行为:
当通过 new
执行一个常规函数时,它将创建一个空对象,并将这个空对象赋值给 this
。
但是当继承的 constructor 执行时,它不会执行此操作。它期望父类的 constructor 来完成这项工作。
因此,派生的 constructor 必须调用 super
才能执行其父类(base)的 constructor,否则 this
指向的那个对象将不会被创建。并且我们会收到一个报错。
为了让 Rabbit
的 constructor 可以工作,它需要在使用 this
之前调用 super()
,就像下面这样:
class Animal { constructor(name) { this.speed = 0; this.name = name; } // ... } class Rabbit extends Animal { constructor(name, earLength) { super(name); this.earLength = earLength; } // ... } // 现在可以了 let rabbit = new Rabbit("White Rabbit", 10); alert(rabbit.name); // White Rabbit alert(rabbit.earLength); // 10
高阶要点
这个要点假设你对类已经有了一定的经验,或许是在其他编程语言中。
这里提供了一个更好的视角来窥探这门语言,且解释了它的行为为什么可能会是 bugs 的来源(但不是非常频繁)。
如果你发现这难以理解,什么都别管,继续往下阅读,之后有机会再回来看。
我们不仅可以重写方法,还可以重写类字段。
不过,当我们在父类构造器中访问一个被重写的字段时,有一个诡异的行为,这与绝大多数其他编程语言都很不一样。
请思考此示例:
class Animal { name = 'animal'; constructor() { alert(this.name); // (*) } } class Rabbit extends Animal { name = 'rabbit'; } new Animal(); // animal new Rabbit(); // animal
这里,Rabbit
继承自 Animal
,并且用它自己的值重写了 name
字段。
因为 Rabbit
中没有自己的构造器,所以 Animal
的构造器被调用了。
有趣的是在这两种情况下:new Animal()
和 new Rabbit()
,在 (*)
行的 alert
都打印了 animal
。
换句话说,父类构造器总是会使用它自己字段的值,而不是被重写的那一个。
古怪的是什么呢?
如果这还不清楚,那么让我们用方法来进行比较。
这里是相同的代码,但是我们调用 this.showName()
方法而不是 this.name
字段:
class Animal { showName() { // 而不是 this.name = 'animal' alert('animal'); } constructor() { this.showName(); // 而不是 alert(this.name); } } class Rabbit extends Animal { showName() { alert('rabbit'); } } new Animal(); // animal new Rabbit(); // rabbit
请注意:这时的输出是不同的。
这才是我们本来所期待的结果。当父类构造器在派生的类中被调用时,它会使用被重写的方法。
……但对于类字段并非如此。正如前文所述,父类构造器总是使用父类的字段。
这里为什么会有这样的区别呢?
实际上,原因在于字段初始化的顺序。类字段是这样初始化的:
对于基类(还未继承任何东西的那种),在构造函数调用前初始化。
对于派生类,在 super()
后立刻初始化。
在我们的例子中,Rabbit
是派生类,里面没有 constructor()
。正如先前所说,这相当于一个里面只有 super(...args)
的空构造器。
所以,new Rabbit()
调用了 super()
,因此它执行了父类构造器,并且(根据派生类规则)只有在此之后,它的类字段才被初始化。在父类构造器被执行的时候,Rabbit
还没有自己的类字段,这就是为什么 Animal
类字段被使用了。
这种字段与方法之间微妙的区别只特定于 JavaScript。
幸运的是,这种行为仅在一个被重写的字段被父类构造器使用时才会显现出来。接下来它会发生的东西可能就比较难理解了,所以我们要在这里对此行为进行解释。
如果出问题了,我们可以通过使用方法或者 getter/setter 替代类字段,来修复这个问题。
进阶内容
如果你是第一次阅读本教程,那么则可以跳过本节。
这是关于继承和 super
背后的内部机制。
让我们更深入地研究 super
。我们将在这个过程中发现一些有趣的事儿。
首先要说的是,从我们迄今为止学到的知识来看,super
是不可能运行的。
的确是这样,让我们问问自己,以技术的角度它是如何工作的?当一个对象方法执行时,它会将当前对象作为 this
。随后如果我们调用 super.method()
,那么引擎需要从当前对象的原型中获取 method
。但这是怎么做到的?
这个任务看起来是挺容易的,但其实并不简单。引擎知道当前对象的 this
,所以它可以获取父 method
作为 this.__proto__.method
。不幸的是,这个“天真”的解决方法是行不通的。
让我们演示一下这个问题。简单起见,我们使用普通对象而不使用类。
如果你不想知道更多的细节知识,你可以跳过此部分,并转到下面的 [[HomeObject]]
小节。这没关系的。但如果你感兴趣,想学习更深入的知识,那就继续阅读吧。
在下面的例子中,rabbit.__proto__ = animal
。现在让我们尝试一下:在 rabbit.eat()
我们将会使用 this.__proto__
调用 animal.eat()
:
let animal = { name: "Animal", eat() { alert(`${this.name} eats.`); } }; let rabbit = { __proto__: animal, name: "Rabbit", eat() { // 这就是 super.eat() 可以大概工作的方式 this.__proto__.eat.call(this); // (*) } }; rabbit.eat(); // Rabbit eats.
在 (*)
这一行,我们从原型(animal
)中获取 eat
,并在当前对象的上下文中调用它。请注意,.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。
在上面的代码中,它确实按照了期望运行:我们获得了正确的 alert
。
现在,让我们在原型链上再添加一个对象。我们将看到这件事是如何被打破的:
let animal = { name: "Animal", eat() { alert(`${this.name} eats.`); } }; let rabbit = { __proto__: animal, eat() { // ...bounce around rabbit-style and call parent (animal) method this.__proto__.eat.call(this); // (*) } }; let longEar = { __proto__: rabbit, eat() { // ...do something with long ears and call parent (rabbit) method this.__proto__.eat.call(this); // (**) } }; longEar.eat(); // Error: Maximum call stack size exceeded
代码无法再运行了!我们可以看到,在试图调用 longEar.eat()
时抛出了错误。
原因可能不那么明显,但是如果我们跟踪 longEar.eat()
调用,就可以发现原因。在 (*)
和 (**)
这两行中,this
的值都是当前对象(longEar
)。这是至关重要的一点:所有的对象方法都将当前对象作为 this
,而非原型或其他什么东西。
因此,在 (*)
和 (**)
这两行中,this.__proto__
的值是完全相同的:都是 rabbit
。它们俩都调用的是 rabbit.eat
,它们在不停地循环调用自己,而不是在原型链上向上寻找方法。
这张图介绍了发生的情况:
在 longEar.eat()
中,(**)
这一行调用 rabbit.eat
并为其提供 this=longEar
。
// 在 longEar.eat() 中我们有 this = longEar this.__proto__.eat.call(this) // (**) // 变成了 longEar.__proto__.eat.call(this) // 也就是 rabbit.eat.call(this);
之后在 rabbit.eat
的 (*)
行中,我们希望将函数调用在原型链上向更高层传递,但是 this=longEar
,所以 this.__proto__.eat
又是 rabbit.eat
!
// 在 rabbit.eat() 中我们依然有 this = longEar this.__proto__.eat.call(this) // (*) // 变成了 longEar.__proto__.eat.call(this) // 或(再一次) rabbit.eat.call(this);
……所以 rabbit.eat
在不停地循环调用自己,因此它无法进一步地提升。
这个问题没法仅仅通过使用 this
来解决。
[[HomeObject]]
为了提供解决方法,JavaScript 为函数添加了一个特殊的内部属性:[[HomeObject]]
。
当一个函数被定义为类或者对象方法时,它的 [[HomeObject]]
属性就成为了该对象。
然后 super
使用它来解析(resolve)父原型及其方法。
让我们看看它是怎么工作的,首先,对于普通对象:
let animal = { name: "Animal", eat() { // animal.eat.[[HomeObject]] == animal alert(`${this.name} eats.`); } }; let rabbit = { __proto__: animal, name: "Rabbit", eat() { // rabbit.eat.[[HomeObject]] == rabbit super.eat(); } }; let longEar = { __proto__: rabbit, name: "Long Ear", eat() { // longEar.eat.[[HomeObject]] == longEar super.eat(); } }; // 正确执行 longEar.eat(); // Long Ear eats.
它基于 [[HomeObject]]
运行机制按照预期执行。一个方法,例如 longEar.eat
,知道其 [[HomeObject]]
并且从其原型中获取父方法。并没有使用 this
。
正如我们之前所知道的,函数通常都是“自由”的,并没有绑定到 JavaScript 中的对象。正因如此,它们可以在对象之间复制,并用另外一个 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]]
不能被更改,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
,那么我们仍然可以视它为自由的并且可在对象之间复制。但是用了 super
再这样做可能就会出错。
下面是复制后错误的 super
结果的示例:
let animal = { sayHi() { alert(`I'm an animal`); } }; // rabbit 继承自 animal let rabbit = { __proto__: animal, sayHi() { super.sayHi(); } }; let plant = { sayHi() { alert("I'm a plant"); } }; // tree 继承自 plant let tree = { __proto__: plant, sayHi: rabbit.sayHi // (*) }; tree.sayHi(); // I'm an animal (?!?)
调用 tree.sayHi()
显示 “I’m an animal”。这绝对是错误的。
原因很简单:
在 (*)
行,tree.sayHi
方法是从 rabbit
复制而来。也许我们只是想避免重复代码?
它的 [[HomeObject]]
是 rabbit
,因为它是在 rabbit
中创建的。没有办法修改 [[HomeObject]]
。
tree.sayHi()
内具有 super.sayHi()
。它从 rabbit
中上溯,然后从 animal
中获取方法。
这是发生的情况示意图:
[[HomeObject]]
是为类和普通对象中的方法定义的。但是对于对象而言,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 来说却非常重要。
在下面的例子中,使用非方法(non-method)语法进行了比较。未设置 [[HomeObject]]
属性,并且继承无效:
let animal = { eat: function() { // 这里是故意这样写的,而不是 eat() {... // ... } }; let rabbit = { __proto__: animal, eat: function() { super.eat(); } }; rabbit.eat(); // 错误调用 super(因为这里没有 [[HomeObject]])
想要扩展一个类:class Child extends Parent
:
这意味着 Child.prototype.__proto__
将是 Parent.prototype
,所以方法会被继承。
重写一个 constructor:
在使用 this
之前,我们必须在 Child
的 constructor 中将父 constructor 调用为 super()
。
重写一个方法:
我们可以在一个 Child
方法中使用 super.method()
来调用 Parent
方法。
内部:
方法在内部的 [[HomeObject]]
属性中记住了它们的类/对象。这就是 super
如何解析父方法的。
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中,像透明似的。
重要程度: 5
这里有一份 Rabbit
扩展 Animal
的代码。
不幸的是,Rabbit
对象无法被创建。是哪里出错了呢?请解决它。
class Animal { constructor(name) { this.name = name; } } class Rabbit extends Animal { constructor(name) { this.name = name; this.created = Date.now(); } } let rabbit = new Rabbit("White Rabbit"); // Error: this is not defined alert(rabbit.name);
这是因为子类的 constructor 必须调用 super()
。
这里是修正后的代码:
class Animal { constructor(name) { this.name = name; } } class Rabbit extends Animal { constructor(name) { super(name); this.created = Date.now(); } } let rabbit = new Rabbit("White Rabbit"); // 现在好了 alert(rabbit.name); // White Rabbit
重要程度: 5
我们获得了一个 Clock
类。到目前为止,它每秒都会打印一次时间。
class Clock { constructor({ template }) { this.template = template; } render() { let date = new Date(); let hours = date.getHours(); if (hours < 10) hours = '0' + hours; let mins = date.getMinutes(); if (mins < 10) mins = '0' + mins; let secs = date.getSeconds(); if (secs < 10) secs = '0' + secs; let output = this.template .replace('h', hours) .replace('m', mins) .replace('s', secs); console.log(output); } stop() { clearInterval(this.timer); } start() { this.render(); this.timer = setInterval(() => this.render(), 1000); } }
创建一个继承自 Clock
的新的类 ExtendedClock
,并添加参数 precision
— 每次 “ticks” 之间间隔的毫秒数,默认是 1000
(1 秒)。
你的代码应该在 extended-clock.js
文件里。
不要修改原有的 clock.js
。请扩展它。
打开一个任务沙箱。
class ExtendedClock extends Clock { constructor(options) { super(options); let { precision = 1000 } = options; this.precision = precision; } start() { this.render(); this.timer = setInterval(() => this.render(), this.precision); } };
使用沙箱打开解决方案。