ES6 之 class 继承

1、简介

Class 可以通过 extends 关键字实现继承，这比 ES5 的通过修改原型链实现继承，要清晰和方便很多。

// 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
class Point {
}
class ColorPoint extends Point {
}

// constructor 方法和 toString 方法之中，都出现了 super 关键字，它在这里表示父类的构造函数，用来新建父类的 this 对象
class ColorPoint extends Point {
  constructor(x, y, color) {
    super(x, y); // 调用父类的 constructor(x, y)
    this.color = color;
  }
  toString() {
    return this.color + ' ' + super.toString(); // 调用父类的 toString()
  }
}

// 子类必须在 constructor 方法中调用 super 方法，否则新建实例时会报错
class Point { /* ... */ }
class ColorPoint extends Point {
  constructor() { // 子类没有自己的 this 对象，而是继承父类的 this 对象，然后对其进行加工
  }
}
let cp = new ColorPoint(); // ReferenceError，如果不调用 super 方法，子类就得不到 this 对象
// ES5 的继承，实质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上面（Parent.apply(this)）。ES6 的继承机制完全不同，实质
// 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，这个方法会被默认添加
class ColorPoint extends Point {
}
class ColorPoint extends Point {  // 等同于（不管有没有显式定义，任何一个子类都有 constructor 方法）
  constructor(...args) {
    super(...args);
  }
}

// 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
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);  // 子类实例的构建，是基于对父类实例加工，只有 super 方法才能返回父类实例
    this.color = color; // 正确
  }
}

// 生成子类实例（与 ES5 的行为完全一致）
let cp = new ColorPoint(25, 8, 'green');
cp instanceof ColorPoint // true
cp instanceof Point // true

// 父类的静态方法也会被子类继承
class A {
  static hello() {  // hello() 是 A 类的静态方法，B 继承 A，也继承了 A 的静态方法
    console.log('hello world');
  }
}
class B extends A {
}
B.hello()  // hello world

2、Object.getPrototypeOf() & super 关键字

Object.getPrototypeOf 方法可以用来从子类上获取父类。因此，可以使用这个方法判断，一个类是否继承了另一个类。
super 这个关键字，既可以当作函数使用，也可以当作对象使用。在这两种情况下，它的用法完全不同。

// 从子类上获取父类
Object.getPrototypeOf(ColorPoint) === Point // true

// super 作为函数调用时，代表父类的构造函数（super 虽然代表了父类的构造函数，但是返回的是子类的实例，即 super 内部的 this 指的是子类）
class A {}
class B extends A {
  constructor() { // ES6 要求，子类的构造函数必须执行一次 super 函数
    super();  // super() 在这里相当于 A.prototype.constructor.call(this)
  }
}

// new.target 指向当前正在执行的函数（在 super() 执行时，它指向的是子类 B 的构造函数，而不是父类 A 的构造函数）
class A {
  constructor() {
    console.log(new.target.name);
  }
}
class B extends A {
  constructor() {
    super();
  }
}
new A() // A
new B() // B

// 作为函数时，super() 只能用在子类的构造函数之中，用在其他地方就会报错
class A {}
class B extends A {
  m() {
    super(); // 报错
  }
}

// super 作为对象时，在普通方法中指向父类的原型对象
class A {
  p() {
    return 2;
  }
}
class B extends A {
  constructor() {
    super();
    console.log(super.p()); // 2，将 super 当作一个对象使用。这时，super 在普通方法之中，指向 A.prototype，所以 super.p() 就相当于 A.prototype.p()
  }
}
let b = new B();

// 由于 super 指向父类的原型对象，所以定义在父类实例上的方法或属性，是无法通过 super 调用的
class A {
  constructor() {
    this.p = 2;
  }
}
class B extends A {
  get m() {
    return super.p; // p 是父类 A 实例的属性，super.p 就引用不到它
  }
}
let b = new B();
b.m // undefined

// 如果属性定义在父类的原型对象上，super 就可以取到
class A {}
A.prototype.x = 2;
class B extends A {
  constructor() {
    super();
    console.log(super.x) // 2，属性 x 是定义在 A.prototype 上面的，所以 super.x 可以取到它的值
  }
}
let b = new B();

// ES6 规定，通过 super 调用父类的方法时，方法内部的 this 指向子类
class A {
  constructor() {
    this.x = 1;
  }
  print() {
    console.log(this.x);
  }
}
class B extends A {
  constructor() {
    super();
    this.x = 2;
  }
  m() {
    super.print();  // 实际上执行的是 super.print.call(this)
  }
}
let b = new B();
b.m() // 2

// 由于 this 指向子类，所以如果通过 super 对某个属性赋值，这时 super 就是 this，赋值的属性会变成子类实例的属性
class A {
  constructor() {
    this.x = 1;
  }
}
class B extends A {
  constructor() {
    super();
    this.x = 2;
    super.x = 3;  // super.x 赋值为 3，这时等同于对 this.x 赋值为3
    console.log(super.x); // undefined，当读取 super.x 的时候，读的是 A.prototype.x，所以返回 undefined
    console.log(this.x); // 3
  }
}
let b = new B();

// 如果 super 作为对象，用在静态方法之中，这时 super 将指向父类，而不是父类的原型对象
class Parent {
  static myMethod(msg) {
    console.log('static', msg);
  }
  myMethod(msg) {
    console.log('instance', msg);
  }
}
class Child extends Parent {
  static myMethod(msg) {
    super.myMethod(msg);
  }
  myMethod(msg) {
    super.myMethod(msg);
  }
}
Child.myMethod(1); // static 1，super 在静态方法之中指向父类
var child = new Child();
child.myMethod(2); // instance 2，super 在普通方法之中指向父类的原型对象

// 使用 super 的时候，必须显式指定是作为函数、还是作为对象使用，否则会报错
class A {}
class B extends A {
  constructor() {
    super();
    console.log(super); // 报错，无法看出是作为函数使用还是作为对象使用
  }
}

// 如果能清晰地表明 super 的数据类型，就不会报错（super.valueOf() 表明 super 是一个对象，因此就不会报错）
class A {}
class B extends A {
  constructor() {
    super();
    console.log(super.valueOf() instanceof B); // true，由于 super 使得 this 指向 B，所以 super.valueOf() 返回的是一个 B 的实例
  }
}
let b = new B();

// 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
var obj = {
  toString() {
    return "MyObject: " + super.toString();
  }
};
obj.toString(); // MyObject: [object Object]

3、类的 prototype 属性 & __proto__属性

大多数浏览器的 ES5 实现之中，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。

class A {
}
class B extends A {
}
// 子类的 __proto__ 属性，表示构造函数的继承，总是指向父类
B.__proto__ === A // true
// 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
B.prototype.__proto__ === A.prototype // true

// 类的继承是按照下面的模式实现的
class A {
}
class B {
}
Object.setPrototypeOf(B.prototype, A.prototype);  // B 的实例继承 A 的实例
Object.setPrototypeOf(B, A);  // B 继承 A 的静态属性
const b = new B();
Object.setPrototypeOf = function (obj, proto) { // Object.setPrototypeOf 方法的模拟实现
  obj.__proto__ = proto;
  return obj;
}

// 因此，就得到了上面的结果
Object.setPrototypeOf(B.prototype, A.prototype);
B.prototype.__proto__ = A.prototype;  // 等同于
Object.setPrototypeOf(B, A);
B.__proto__ = A;  // 等同于

// 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）的原型对象
//（prototype 属性）是父类的原型对象（prototype 属性）的实例。
Object.create(A.prototype);
B.prototype.__proto__ = A.prototype;  // 等同于

// extends 关键字后面可以跟多种类型的值
class B extends A { // 只要 A 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（除了 Function.prototype 函数），因此 A 可以是任意函数
}

// 特殊情况一：子类继承 Object 类（子类其实就是构造函数 Object 的复制，子类的实例就是 Object 的实例）
class A extends Object {
}
A.__proto__ === Object // true
A.prototype.__proto__ === Object.prototype // true

// 特殊情况二：不存在任何继承
class A {
}
A.__proto__ === Function.prototype // true，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 Function.prototype
A.prototype.__proto__ === Object.prototype // true，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

// 特殊情况三：子类继承 null
class A extends null {
}
A.__proto__ === Function.prototype // true，A 也是一个普通函数，所以直接继承 Function.prototype
A.prototype.__proto__ === undefined // true，A 调用后返回的对象不继承任何方法，所以它的 prototype.__proto__ 指向 undefined
class C extends null {  // 实质上等同于
  constructor() { return Object.create(null); }
}

// 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
var p1 = new Point(2, 3);
var p2 = new ColorPoint(2, 3, 'red');
p2.__proto__ === p1.__proto__ // false
p2.__proto__.__proto__ === p1.__proto__ // true

// 因此，通过子类实例的 __proto__.__proto__ 属性，可以修改父类实例的行为
p2.__proto__.__proto__.printName = function () {
  console.log('Ha');
};
p1.printName() // "Ha"

4、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：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。

// 定义了一个继承 Array 的 MyArray 类
function MyArray() {
  Array.apply(this, arguments);
}
MyArray.prototype = Object.create(Array.prototype, {
  constructor: {
    value: MyArray,
    writable: true,
    configurable: true,
    enumerable: true
  }
});

// 但是这个类的行为与 Array 完全不一致
var colors = new MyArray();
colors[0] = "red";
colors.length  // 0
colors.length = 0;
colors[0]  // "red"
// 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。原生构造函数会忽略 apply 方法传入的 this，也就是说，
// 原生构造函数的 this 无法绑定，导致拿不到内部属性。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]]，用来定义新属性时，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。

// 让一个普通对象继承 Error 对象，但是 Error.call() 完全忽略传入的第一个参数，而是返回一个新对象，e 本身没有任何变化。这证明了 Error.call(e) 这种写法，无法继承原生构造函数
var e = {};
Object.getOwnPropertyNames(Error.call(e)) // [ 'stack' ]
Object.getOwnPropertyNames(e) // []

// ES6 允许继承原生构造函数定义子类，比如：继承 Array
class MyArray extends Array {
  constructor(...args) {
    super(...args);
  }
}
var arr = new MyArray();
arr[0] = 12;
arr.length // 1
arr.length = 0;
arr[0] // undefined
// 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，使得父类的所有行为都可以继承。
// 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。

// 可以在原生数据结构的基础上，定义自己的数据结构。下面就是定义了一个带版本功能的数组。
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]);
  }
}
var x = new VersionedArray();
x.push(1);
x.push(2);
x // [1, 2]
x.history // [[]]
x.commit();
x.history // [[], [1, 2]]
x.push(3);  x // [1, 2, 3]
x.history // [[], [1, 2]]
x.revert(); x // [1, 2]

// 自定义 Error 子类，可以用来定制报错时的行为
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);
  }
}
var myerror = new MyError('ll');
myerror.message // "ll"
myerror instanceof Error // true
myerror.name // "MyError"
myerror.stack
// Error
//     at MyError.ExtendableError
//     ...

// 继承 Object 的子类，有一个行为差异（ES6 改变了 Object 构造函数的行为，一旦发现 Object 方法不是通过 new Object() 这种形式调用，ES6 规定 Object 构造函数会忽略参数）
class NewObj extends Object{
  constructor(){
    super(...arguments);  // NewObj 继承了 Object，但是无法通过 super 方法向父类 Object 传参
  }
}
var o = new NewObj({attr: true});
o.attr === true  // false

5、Mixin 模式的实现

Mixin 指的是多个对象合成一个新的对象，新对象具有各个组成成员的接口。它的最简单实现如下。

// c 对象是 a 对象和 b 对象的合成，具有两者的接口
const a = {
  a: 'a'
};
const b = {
  b: 'b'
};
const c = {...a, ...b}; // {a: 'a', b: 'b'}

// 将多个类的接口 "混入"（mix in）另一个类
function mix(...mixins) {
  class Mix {}
  for (let mixin of mixins) {
    copyProperties(Mix, mixin); // 拷贝实例属性
    copyProperties(Mix.prototype, mixin.prototype); // 拷贝原型属性
  }
  return Mix;
}
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);
    }
  }
}

// 上面代码的 mix 函数，可以将多个对象合成为一个类。使用的时候，只要继承这个类即可
class DistributedEdit extends mix(Loggable, Serializable) {
  // ...
}