深刻JavaScript继承原理

时间  2019-11-06
标签 深刻 javascript 继承 原理 栏目 JavaScript 繁體版
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本文首发于我的 Github，欢迎 issue / fxxk。git

ES6的class语法糖你是否已经用得是否炉火纯青呢？那若是回归到ES5呢？本文，将继续上一篇 《万物皆空之 JavaScript 原型》 篇尾提出的疑问如何用 JavaScript 实现类的继承 来展开阐述：github

经过本文，你将学到：typescript

  1. 如何用JavaScript模拟类中的私有变量；
  2. 了解常见的几种JavaScript继承方法，原理及其优缺点；
  3. 实现一个较为fancy的JavaScript继承方法。

此外，若是你彻底明白了文末的终极版继承，你也就懂了这两篇所要讲的核心知识，同时，也能说明你拥有不错的JavaScript基础。浏览器

类

咱们来回顾一下ES6 / TypeScript / ES5类的写法以做对比。首先，咱们建立一个GithubUser类，它拥有一个login方法，和一个静态方法getPublicServices, 用于获取public的方法列表：app

class GithubUser {
    static getPublicServices() {
        return ['login']
    }
    constructor(username, password) {
        this.username = username
        this.password = password
    }
    login() {
        console.log(this.username + '要登陆Github，密码是' + this.password)
    }
}
复制代码

实际上，ES6这个类的写法有一个弊病，实际上，密码password应该是Github用户一个私有变量，接下来，咱们用TypeScript重写一下：函数

class GithubUser {
    static getPublicServices() {
        return ['login']
    }
    public username: string
    private password: string
    constructor(username, password) {
        this.username = username
        this.password = password
    }
    public login(): void {
        console.log(this.username + '要登陆Github，密码是' + this.password)
    }
}
复制代码

如此一来，password就只能在类的内部访问了。好了，问题来了，若是结合原型讲解那一文的知识，来用ES5实现这个类呢？just show you my code:post

function GithubUser(username, password) {
    // private属性
    let _password = password 
    // public属性
    this.username = username 
    // public方法
    GithubUser.prototype.login = function () {
        console.log(this.username + '要登陆Github，密码是' + _password)
    }
}
// 静态方法
GithubUser.getPublicServices = function () {
    return ['login']
}
复制代码

值得注意的是，咱们通常都会把共有方法放在类的原型上，而不会采用this.login = function() {}这种写法。由于只有这样，才能让多个实例引用同一个共有方法，从而避免重复建立方法的浪费。测试

是否是很直观！留下2个疑问:优化

  1. 如何实现private方法呢?
  2. 可否实现protected属性/方法呢?

继承

用掘金的用户都应该知道，咱们能够选择直接使用 Github 登陆，那么，结合上一节，咱们若是建立了一个 JuejinUser 来继承 GithubUser，那么 JuejinUser 及其实例就能够调用 Github 的 login 方法了。首先，先写出这个简单 JuejinUser 类：ui

function JuejinUser(username, password) {
    // TODO need implementation
    this.articles = 3 // 文章数量
    JuejinUser.prototype.readArticle = function () {
        console.log('Read article')
    }
}
复制代码

因为ES6/TS的继承太过直观，本节将忽略。首先概述一下本文将要讲解的几种继承方法：

看起来不少，咱们一一论述。

类式继承

由于咱们已经得知：

若经过new Parent()建立了Child,则 Child.__proto__ = Parent.prototype，而原型链则是顺着__proto__依次向上查找。所以，能够经过修改子类的原型为父类的实例来实现继承。

第一直觉的实现以下：

function GithubUser(username, password) {
    let _password = password 
    this.username = username 
    GithubUser.prototype.login = function () {
        console.log(this.username + '要登陆Github，密码是' + _password)
    }
}

function JuejinUser(username, password) {
    this.articles = 3 // 文章数量
    JuejinUser.prototype = new GithubUser(username, password)
    JuejinUser.prototype.readArticle = function () {
        console.log('Read article')
    }
}

const juejinUser1 = new JuejinUser('ulivz', 'xxx', 3)
console.log(juejinUser1)
复制代码

在浏览器中查看原型链：

诶，不对啊，很明显 juejinUser1.__proto__ 并非 GithubUser 的一个实例。

实际上，这是由于以前咱们为了可以在类的方法中读取私有变量，将JuejinUser.prototype的从新赋值放在了构造函数中，而此时实例已经建立，其__proto__还还指向老的JuejinUser.prototype。因此，从新赋值一下实例的__proto__就能够解决这个问题：

function GithubUser(username, password) {
    let _password = password 
    this.username = username 
    GithubUser.prototype.login = function () {
        console.log(this.username + '要登陆Github，密码是' + _password)
    }
}

function JuejinUser(username, password) {
    this.articles = 3 // 文章数量
    const prototype = new GithubUser(username, password)
    // JuejinUser.prototype = prototype // 这一行已经没有意义了
    prototype.readArticle = function () {
        console.log('Read article')
    }
    this.__proto__ = prototype
}

const juejinUser1 = new JuejinUser('ulivz', 'xxx', 3)
console.log(juejinUser1)

复制代码

接着查看原型链：

Perfect！原型链已经出来，问题“好像”获得了完美解决！但实际上仍是有明显的问题：

  1. 在原型链上建立了属性（通常来讲，这不是一种好的实践）
  2. 私自篡改__proto__，致使 juejinUser1.__proto__ === JuejinUser.prototype 不成立！从而致使 juejinUser1 instanceof JuejinUser 也不成立😂。这不该该发生！

细心的同窗会发现，形成这种问题的根本缘由在于咱们在实例化的时候动态修改了原型，那有没有一种方法能够在实例化以前就固定好类的原型的refernce呢？

事实上，咱们能够考虑把类的原型的赋值挪出来：

function JuejinUser(username, password) {
    this.articles = 3 // 文章数量
}

// 此时构造函数还未运行，没法访问 username 和 password !!
JuejinUser.prototype =  new GithubUser() 

prototype.readArticle = function () {
    console.log('Read article')
}
复制代码

可是这样作又有更明显的缺点：

  1. 父类过早地被建立，致使没法接受子类的动态参数；
  2. 仍然在原型上建立了属性，此时，多个子类的实例将共享同一个父类的属性，完蛋, 会互相影响!

举例说明缺点2：

function GithubUser(username) {
    this.username = 'Unknown' 
}

function JuejinUser(username, password) {

}

JuejinUser.prototype =  new GithubUser() 
const juejinUser1 = new JuejinUser('ulivz', 'xxx', 3)
const juejinUser2 = new JuejinUser('egoist', 'xxx', 0)

// 这就是把属性定义在原型链上的致命缺点，你能够直接访问，但修改就是一件难事了！
console.log(juejinUser1.username) // 'Unknown'
juejinUser1.__proto__.username = 'U' 
console.log(juejinUser1.username) // 'U'

// 卧槽，无情地影响了另外一个实例!!!
console.log(juejinUser2.username) // 'U'
复制代码

因而可知，类式继承的两种方式缺陷太多！

构造函数式继承

经过 call() 来实现继承 (相应的, 你也能够用apply)。

function GithubUser(username, password) {
    let _password = password 
    this.username = username 
    GithubUser.prototype.login = function () {
        console.log(this.username + '要登陆Github，密码是' + _password)
    }
}

function JuejinUser(username, password) {
    GithubUser.call(this, username, password)
    this.articles = 3 // 文章数量
}

const juejinUser1 = new JuejinUser('ulivz', 'xxx')
console.log(juejinUser1.username) // ulivz
console.log(juejinUser1.username) // xxx
console.log(juejinUser1.login()) // TypeError: juejinUser1.login is not a function
复制代码

固然，若是继承真地如此简单，那么本文就没有存在的必要了，本继承方法也存在明显的缺陷—— 构造函数式继承并无继承父类原型上的方法。

组合式继承

既然上述两种方法各有缺点，可是又各有所长，那么咱们是否能够将其结合起来使用呢？没错，这种继承方式就叫作——组合式继承:

function GithubUser(username, password) {
    let _password = password 
    this.username = username 
    GithubUser.prototype.login = function () {
        console.log(this.username + '要登陆Github，密码是' + _password)
    }
}

function JuejinUser(username, password) {
    GithubUser.call(this, username, password) // 第二次执行 GithubUser 的构造函数
    this.articles = 3 // 文章数量
}

JuejinUser.prototype = new GithubUser(); // 第二次执行 GithubUser 的构造函数
const juejinUser1 = new JuejinUser('ulivz', 'xxx')
复制代码

虽然这种方式弥补了上述两种方式的一些缺陷，但有些问题仍然存在：

  1. 子类仍旧没法传递动态参数给父类！
  2. 父类的构造函数被调用了两次。

本方法很明显执行了两次父类的构造函数，所以，这也不是咱们最终想要的继承方式。

原型继承

原型继承其实是对类式继承的一种封装，只不过其独特之处在于，定义了一个干净的中间类，以下：

function createObject(o) {
    // 建立临时类
    function f() {
        
    }
    // 修改类的原型为o, 因而f的实例都将继承o上的方法
    f.prototype = o
    return new f()
}
复制代码

熟悉ES5的同窗，会注意到，这不就是 Object.create 吗？没错，你能够认为是如此。

既然只是类式继承的一种封装，其使用方式天然以下：

JuejinUser.prototype = createObject(GithubUser)
复制代码

也就仍然没有解决类式继承的一些问题。

PS：我我的以为原型继承和类式继承应该直接归为一种继承！但无赖众多JavaScript书籍均是如此命名，算是follow legacy的标准吧。

寄生继承

寄生继承是依托于一个对象而生的一种继承方式，所以称之为寄生。

const juejinUserSample = {
    username: 'ulivz',
    password: 'xxx'
}

function JuejinUser(obj) {
    var o = Object.create(obj)
     o.prototype.readArticle = function () {
        console.log('Read article')
    }
    return o;
}

var myComputer = new CreateComputer(computer);
复制代码

因为实际生产中，继承一个单例对象的场景实在是太少，所以，咱们仍然没有找到最佳的继承方法。

寄生组合式继承

看起来很玄乎，先上代码：

// 寄生组合式继承的核心方法
function inherit(child, parent) {
    // 继承父类的原型
    const p = Object.create(parent.prototype)
    // 重写子类的原型
    child.prototype = p
    // 重写被污染的子类的constructor
    p.constructor = child
}

// GithubUser, 父类
function GithubUser(username, password) {
    let _password = password 
    this.username = username 
}

GithubUser.prototype.login = function () {
    console.log(this.username + '要登陆Github，密码是' + _password)
}

// GithubUser, 子类
function JuejinUser(username, password) {
    GithubUser.call(this, username, password) // 继承属性
    this.articles = 3 // 文章数量
}

// 实现原型上的方法
inherit(JuejinUser, GithubUser)

// 在原型上添加新方法
JuejinUser.prototype.readArticle = function () {
    console.log('Read article')
}

const juejinUser1 = new JuejinUser('ulivz', 'xxx')
console.log(juejinUser1)
复制代码

来浏览器中查看结果：

简单说明一下：

  1. 子类继承了父类的属性和方法，同时，属性没有被建立在原型链上，所以多个子类不会共享同一个属性。
  2. 子类能够传递动态参数给父类！
  3. 父类的构造函数只执行了一次！

Nice！这才是咱们想要的继承方法。然而，仍然存在一个美中不足的问题：

  • 子类想要在原型上添加方法，必须在继承以后添加，不然将覆盖掉原有原型上的方法。这样的话 如果已经存在的两个类，就很差办了。

因此，咱们能够将其优化一下：

function inherit(child, parent) {
    // 继承父类的原型
    const parentPrototype = Object.create(parent.prototype)
    // 将父类原型和子类原型合并，并赋值给子类的原型
    child.prototype = Object.assign(parentPrototype, child.prototype)
    // 重写被污染的子类的constructor
    p.constructor = child
}
复制代码

但实际上，使用Object.assign来进行copy仍然不是最好的方法，根据MDN的描述：

  • The Object.assign() method is used to copy the values of all enumerable own properties from one or more source objects to a target object. It will return the target object.

其中有个很关键的词：enumerable，这已经不是本节讨论的知识了，不熟悉的同窗能够参考 MDN - Object.defineProperty 补习。简答来讲，上述的继承方法只适用于copy原型链上可枚举的方法，此外，若是子类自己已经继承自某个类，以上的继承将不能知足要求。

终极版继承

为了让代码更清晰，我用ES6的一些API，写出了这个我所认为的最合理的继承方法:

  1. 用Reflect代替了Object；
  2. 用Reflect.getPrototypeOf来代替ob.__ptoto__;
  3. 用Reflect.ownKeys来读取全部可枚举/不可枚举/Symbol的属性;
  4. 用Reflect.getOwnPropertyDescriptor读取属性描述符;
  5. 用Reflect.setPrototypeOf来设置__ptoto__。

源代码以下：

/*! * fancy-inherit * (c) 2016-2018 ULIVZ */
 
// 不一样于object.assign, 该 merge方法会复制全部的源键
// 无论键名是 Symbol 或字符串，也不论是否可枚举
function fancyShadowMerge(target, source) {
    for (const key of Reflect.ownKeys(source)) {
        Reflect.defineProperty(target, key, Reflect.getOwnPropertyDescriptor(source, key))
    }
    return target
}

// Core
function inherit(child, parent) {
    const objectPrototype = Object.prototype
    // 继承父类的原型
    const parentPrototype = Object.create(parent.prototype)
    let childPrototype = child.prototype
    // 若子类没有继承任何类，直接合并子类原型和父类原型上的全部方法
    // 包含可枚举/不可枚举的方法
    if (Reflect.getPrototypeOf(childPrototype) === objectPrototype) {
        child.prototype = fancyShadowMerge(parentPrototype, childPrototype)
    } else {
        // 若子类已经继承子某个类
        // 父类的原型将在子类原型链的尽头补全
        while (Reflect.getPrototypeOf(childPrototype) !== objectPrototype) {
			childPrototype = Reflect.getPrototypeOf(childPrototype)
        }
		Reflect.setPrototypeOf(childPrototype, parent.prototype)
    }
    // 重写被污染的子类的constructor
    parentPrototype.constructor = child
}
复制代码

测试：

// GithubUser
function GithubUser(username, password) {
    let _password = password
    this.username = username
}

GithubUser.prototype.login = function () {
    console.log(this.username + '要登陆Github，密码是' + _password)
}

// JuejinUser
function JuejinUser(username, password) {
    GithubUser.call(this, username, password)
    WeiboUser.call(this, username, password)
    this.articles = 3
}

JuejinUser.prototype.readArticle = function () {
    console.log('Read article')
}

// WeiboUser
function WeiboUser(username, password) {
    this.key = username + password
}

WeiboUser.prototype.compose = function () {
    console.log('compose')
}

// 先让 JuejinUser 继承 GithubUser，而后就能够用github登陆掘金了
inherit(JuejinUser, GithubUser) 

// 再让 JuejinUser 继承 WeiboUser，而后就能够用weibo登陆掘金了
inherit(JuejinUser, WeiboUser)  

const juejinUser1 = new JuejinUser('ulivz', 'xxx')

console.log(juejinUser1)

console.log(juejinUser1 instanceof GithubUser) // true
console.log(juejinUser1 instanceof WeiboUser) // true
复制代码

最后用一个问题来检验你对本文的理解：

  • 改写上述继承方法，让其支持inherit(A, B, C ...), 实现类A依次继承后面全部的类，但除了A之外的类不产生继承关系。

总结

  1. 咱们可使用function来模拟一个类；
  2. JavaScript类的继承是基于原型的, 一个完善的继承方法，其继承过程是至关复杂的；
  3. 虽然建议实际生产中直接使用ES6的继承，但仍建议深刻了解内部继承机制。

题外话

最后放一个彩蛋，为何我会在寄生组合式继承中尤为强调enumerable这个属性描述符呢，由于：

  • ES6的class中，默认全部类的方法是不可枚举的！😅

以上，全文终）

注：本文属于我的总结，部分表达可能会有疏漏之处，若是您发现本文有所欠缺，为避免误人子弟，请放心大胆地在评论中指出，或者给我提 issue，感谢~

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