# Class 的继承

网道（WangDoc.com），互联网文档计划

## 简介 #

Class 可以通过`extends`关键字实现继承，让子类继承父类的属性和方法。extends 的写法比 ES5 的原型链继承，要清晰和方便很多。

    class Point {
    }

    class ColorPoint extends Point {
    }

上面示例中，`Point`是父类，`ColorPoint`是子类，它通过`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。

下面，我们在`ColorPoint`内部加上代码。

    class Point { /* ... */ }

    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()
      }
    }

上面示例中，`constructor()`方法和`toString()`方法内部，都出现了`super`关键字。`super`在这里表示父类的构造函数，用来新建一个父类的实例对象。

ES6 规定，子类必须在`constructor()`方法中调用`super()`，否则就会报错。这是因为子类自己的`this`对象，必须先通过父类的构造函数完成塑造，得到与父类同样的实例属性和方法，然后再对其进行加工，添加子类自己的实例属性和方法。如果不调用`super()`方法，子类就得不到自己的`this`对象。

    class Point { /* ... */ }

    class ColorPoint extends Point {
      constructor() {
      }
    }

    let cp = new ColorPoint(); // ReferenceError

上面代码中，`ColorPoint`继承了父类`Point`，但是它的构造函数没有调用`super()`，导致新建实例时报错。

为什么子类的构造函数，一定要调用`super()`？原因就在于 ES6 的继承机制，与 ES5 完全不同。ES5 的继承机制，是先创造一个独立的子类的实例对象，然后再将父类的方法添加到这个对象上面，即“实例在前，继承在后”。ES6 的继承机制，则是先将父类的属性和方法，加到一个空的对象上面，然后再将该对象作为子类的实例，即“继承在前，实例在后”。这就是为什么 ES6 的继承必须先调用`super()`方法，因为这一步会生成一个继承父类的`this`对象，没有这一步就无法继承父类。

注意，这意味着新建子类实例时，父类的构造函数必定会先运行一次。

    class Foo {
      constructor() {
        console.log(1);
      }
    }

    class Bar extends Foo {
      constructor() {
        super();
        console.log(2);
      }
    }

    const bar = new Bar();
    // 1
    // 2

上面示例中，子类 Bar 新建实例时，会输出1和2。原因就是子类构造函数调用`super()`时，会执行一次父类构造函数。

另一个需要注意的地方是，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。这是因为子类实例的构建，必须先完成父类的继承，只有`super()`方法才能让子类实例继承父类。

    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);
        this.color = color; // 正确
      }
    }

上面代码中，子类的`constructor()`方法没有调用`super()`之前，就使用`this`关键字，结果报错，而放在`super()`之后就是正确的。

如果子类没有定义`constructor()`方法，这个方法会默认添加，并且里面会调用`super()`。也就是说，不管有没有显式定义，任何一个子类都有`constructor()`方法。

    class ColorPoint extends Point {
    }

    // 等同于
    class ColorPoint extends Point {
      constructor(...args) {
        super(...args);
      }
    }

有了子类的定义，就可以生成子类的实例了。

    let cp = new ColorPoint(25, 8, 'green');

    cp instanceof ColorPoint // true
    cp instanceof Point // true

上面示例中，实例对象`cp`同时是`ColorPoint`和`Point`两个类的实例，这与 ES5 的行为完全一致。

## 私有属性和私有方法的继承 #

父类所有的属性和方法，都会被子类继承，除了私有的属性和方法。

子类无法继承父类的私有属性，或者说，私有属性只能在定义它的 class 里面使用。

    class Foo {
      #p = 1;
      #m() {
        console.log('hello');
      }
    }

    class Bar extends Foo {
      constructor() {
        super();
        console.log(this.#p); // 报错
        this.#m(); // 报错
      }
    }

上面示例中，子类 Bar 调用父类 Foo 的私有属性或私有方法，都会报错。

如果父类定义了私有属性的读写方法，子类就可以通过这些方法，读写私有属性。

    class Foo {
      #p = 1;
      getP() {
        return this.#p;
      }
    }

    class Bar extends Foo {
      constructor() {
        super();
        console.log(this.getP()); // 1
      }
    }

上面示例中，`getP()`是父类用来读取私有属性的方法，通过该方法，子类就可以读到父类的私有属性。

## 静态属性和静态方法的继承 #

父类的静态属性和静态方法，也会被子类继承。

    class A {
      static hello() {
        console.log('hello world');
      }
    }

    class B extends A {
    }

    B.hello()  // hello world

上面代码中，`hello()`是`A`类的静态方法，`B`继承`A`，也继承了`A`的静态方法。

注意，静态属性是通过浅拷贝实现继承的。

    class A { static foo = 100; }
    class B extends A {
      constructor() {
        super();
        B.foo--;
      }
    }

    const b = new B();
    B.foo // 99
    A.foo // 100

上面示例中，`foo`是 A 类的静态属性，B 类继承了 A 类，因此也继承了这个属性。但是，在 B 类内部操作`B.foo`这个静态属性，影响不到`A.foo`，原因就是 B 类继承静态属性时，会采用浅拷贝，拷贝父类静态属性的值，因此`A.foo`和`B.foo`是两个彼此独立的属性。

但是，由于这种拷贝是浅拷贝，如果父类的静态属性的值是一个对象，那么子类的静态属性也会指向这个对象，因为浅拷贝只会拷贝对象的内存地址。

    class A {
      static foo = { n: 100 };
    }

    class B extends A {
      constructor() {
        super();
        B.foo.n--;
      }
    }

    const b = new B();
    B.foo.n // 99
    A.foo.n // 99

上面示例中，`A.foo`的值是一个对象，浅拷贝导致`B.foo`和`A.foo`指向同一个对象。所以，子类`B`修改这个对象的属性值，会影响到父类`A`。

## Object.getPrototypeOf() #

`Object.getPrototypeOf()`方法可以用来从子类上获取父类。

    class Point { /*...*/ }

    class ColorPoint extends Point { /*...*/ }

    Object.getPrototypeOf(ColorPoint) === Point
    // true

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 关键字 #

`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。

第一种情况，`super`作为函数调用时，代表父类的构造函数。ES6 要求，子类的构造函数必须执行一次`super()`函数。

    class A {}

    class B extends A {
      constructor() {
        super();
      }
    }

上面代码中，子类`B`的构造函数之中的`super()`，代表调用父类的构造函数。这是必须的，否则报错。

调用`super()`的作用是形成子类的`this`对象，把父类的实例属性和方法放到这个`this`对象上面。子类在调用`super()`之前，是没有`this`对象的，任何对`this`的操作都要放在`super()`的后面。

注意，这里的`super`虽然代表了父类的构造函数，但是因为返回的是子类的`this`（即子类的实例对象），所以`super`内部的`this`代表子类的实例，而不是父类的实例，这里的`super()`相当于`A.prototype.constructor.call(this)`（在子类的`this`上运行父类的构造函数）。

    class A {
      constructor() {
        console.log(new.target.name);
      }
    }
    class B extends A {
      constructor() {
        super();
      }
    }
    new A() // A
    new B() // B

上面示例中，`new.target`指向当前正在执行的函数。可以看到，在`super()`执行时（`new B()`），它指向的是子类`B`的构造函数，而不是父类`A`的构造函数。也就是说，`super()`内部的`this`指向的是`B`。

不过，由于`super()`在子类构造方法中执行时，子类的属性和方法还没有绑定到`this`，所以如果存在同名属性，此时拿到的是父类的属性。

    class A {
      name = 'A';
      constructor() {
        console.log('My name is ' + this.name);
      }
    }

    class B extends A {
      name = 'B';
    }

    const b = new B(); // My name is A

上面示例中，最后一行输出的是`A`，而不是`B`，原因就在于`super()`执行时，`B`的`name`属性还没有绑定到`this`，所以`this.name`拿到的是`A`类的`name`属性。

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
      }
    }

上面代码中，`super()`用在`B`类的`m`方法之中，就会造成语法错误。

第二种情况，`super`作为对象时，在普通方法中，指向父类的原型对象；在静态方法中，指向父类。

    class A {
      p() {
        return 2;
      }
    }

    class B extends A {
      constructor() {
        super();
        console.log(super.p()); // 2
      }
    }

    let b = new B();

上面代码中，子类`B`当中的`super.p()`，就是将`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()`。

这里需要注意，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;
      }
    }

    let b = new B();
    b.m // undefined

上面代码中，`p`是父类`A`实例的属性，`super.p`就引用不到它。

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
      }
    }

    let b = new B();

上面代码中，属性`x`是定义在`A.prototype`上面的，所以`super.x`可以取到它的值。

ES6 规定，在子类普通方法中通过`super`调用父类的方法时，方法内部的`this`指向当前的子类实例。

    class A {
      constructor() {
        this.x = 1;
      }
      print() {
        console.log(this.x);
      }
    }

    class B extends A {
      constructor() {
        super();
        this.x = 2;
      }
      m() {
        super.print();
      }
    }

    let b = new B();
    b.m() // 2

上面代码中，`super.print()`虽然调用的是`A.prototype.print()`，但是`A.prototype.print()`内部的`this`指向子类`B`的实例，导致输出的是`2`，而不是`1`。也就是说，实际上执行的是`super.print.call(this)`。

由于`this`指向子类实例，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;
        console.log(super.x); // undefined
        console.log(this.x); // 3
      }
    }

    let b = new B();

上面代码中，`super.x`赋值为`3`，这时等同于对`this.x`赋值为`3`。而当读取`super.x`的时候，读的是`A.prototype.x`，所以返回`undefined`。

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

    var child = new Child();
    child.myMethod(2); // instance 2

上面代码中，`super`在静态方法之中指向父类，在普通方法之中指向父类的原型对象。

另外，在子类的静态方法中通过`super`调用父类的方法时，方法内部的`this`指向当前的子类，而不是子类的实例。

    class A {
      constructor() {
        this.x = 1;
      }
      static print() {
        console.log(this.x);
      }
    }

    class B extends A {
      constructor() {
        super();
        this.x = 2;
      }
      static m() {
        super.print();
      }
    }

    B.x = 3;
    B.m() // 3

上面代码中，静态方法`B.m`里面，`super.print`指向父类的静态方法。这个方法里面的`this`指向的是`B`，而不是`B`的实例。

注意，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
      }
    }

上面代码中，`console.log(super)`当中的`super`，无法看出是作为函数使用，还是作为对象使用，所以 JavaScript 引擎解析代码的时候就会报错。这时，如果能清晰地表明`super`的数据类型，就不会报错。

    class A {}

    class B extends A {
      constructor() {
        super();
        console.log(super.valueOf() instanceof B); // true
      }
    }

    let b = new B();

上面代码中，`super.valueOf()`表明`super`是一个对象，因此就不会报错。同时，由于`super`使得`this`指向`B`的实例，所以`super.valueOf()`返回的是一个`B`的实例。

最后，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]

## 类的 prototype 属性和__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。

（1）子类的`__proto__`属性，表示构造函数的继承，总是指向父类。

（2）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。

    class A {
    }

    class B extends A {
    }

    B.__proto__ === A // true
    B.prototype.__proto__ === A.prototype // true

上面代码中，子类`B`的`__proto__`属性指向父类`A`，子类`B`的`prototype`属性的`__proto__`属性指向父类`A`的`prototype`属性。

这样的结果是因为，类的继承是按照下面的模式实现的。

    class A {
    }

    class B {
    }

    // B 的实例继承 A 的实例
    Object.setPrototypeOf(B.prototype, A.prototype);

    // B 继承 A 的静态属性
    Object.setPrototypeOf(B, A);

    const b = new B();

《对象的扩展》一章给出过`Object.setPrototypeOf`方法的实现。

    Object.setPrototypeOf = function (obj, proto) {
      obj.__proto__ = proto;
      return obj;
    }

因此，就得到了上面的结果。

    Object.setPrototypeOf(B.prototype, A.prototype);
    // 等同于
    B.prototype.__proto__ = A.prototype;

    Object.setPrototypeOf(B, A);
    // 等同于
    B.__proto__ = A;

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。

    B.prototype = Object.create(A.prototype);
    // 等同于
    B.prototype.__proto__ = A.prototype;

`extends`关键字后面可以跟多种类型的值。

    class B extends A {
    }

上面代码的`A`，只要是一个有`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。

下面，讨论两种情况。第一种，子类继承`Object`类。

    class A extends Object {
    }

    A.__proto__ === Object // true
    A.prototype.__proto__ === Object.prototype // true

这种情况下，`A`其实就是构造函数`Object`的复制，`A`的实例就是`Object`的实例。

第二种情况，不存在任何继承。

    class A {
    }

    A.__proto__ === Function.prototype // true
    A.prototype.__proto__ === Object.prototype // true

这种情况下，`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`。但是，`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。

### 实例的 __proto__ 属性 #

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

上面代码中，`ColorPoint`继承了`Point`，导致前者原型的原型是后者的原型。

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"

上面代码在`ColorPoint`的实例`p2`上向`Point`类添加方法，结果影响到了`Point`的实例`p1`。

## 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有下面这些。

- 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。

    function MyArray() {
      Array.apply(this, arguments);
    }

    MyArray.prototype = Object.create(Array.prototype, {
      constructor: {
        value: MyArray,
        writable: true,
        configurable: true,
        enumerable: true
      }
    });

上面代码定义了一个继承 Array 的`MyArray`类。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"

之所以会发生这种情况，是因为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。

下面的例子中，我们想让一个普通对象继承`Error`对象。

    var e = {};

    Object.getOwnPropertyNames(Error.call(e))
    // [ 'stack' ]

    Object.getOwnPropertyNames(e)
    // []

上面代码中，我们想通过`Error.call(e)`这种写法，让普通对象`e`具有`Error`对象的实例属性。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。

ES6 允许继承原生构造函数定义子类，因为 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。下面是一个继承`Array`的例子。

    class MyArray extends Array {
      constructor(...args) {
        super(...args);
      }
    }

    var arr = new MyArray();
    arr[0] = 12;
    arr.length // 1

    arr.length = 0;
    arr[0] // undefined

上面代码定义了一个`MyArray`类，继承了`Array`构造函数，因此就可以从`MyArray`生成数组的实例。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。

上面这个例子也说明，`extends`关键字不仅可以用来继承类，还可以用来继承原生的构造函数。因此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]

上面代码中，`VersionedArray`会通过`commit`方法，将自己的当前状态生成一个版本快照，存入`history`属性。`revert`方法用来将数组重置为最新一次保存的版本。除此之外，`VersionedArray`依然是一个普通数组，所有原生的数组方法都可以在它上面调用。

下面是一个自定义`Error`子类的例子，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
    //     ...

注意，继承`Object`的子类，有一个行为差异。

    class NewObj extends Object{
      constructor(){
        super(...arguments);
      }
    }
    var o = new NewObj({attr: true});
    o.attr === true  // false

上面代码中，`NewObj`继承了`Object`，但是无法通过`super`方法向父类`Object`传参。这是因为 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。

## 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。

    const a = {
      a: 'a'
    };
    const b = {
      b: 'b'
    };
    const c = {...a, ...b}; // {a: 'a', b: 'b'}

上面代码中，`c`对象是`a`对象和`b`对象的合成，具有两者的接口。

下面是一个更完备的实现，将多个类的接口“混入”（mix in）另一个类。

    function mix(...mixins) {
      class Mix {
        constructor() {
          for (let mixin of mixins) {
            copyProperties(this, new mixin()); // 拷贝实例属性
          }
        }
      }

      for (let mixin of mixins) {
        copyProperties(Mix, mixin); // 拷贝静态属性
        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) {
      // ...
    }

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