从 Prototype 开始说起（下）—— ES6 中的 class 与 extends

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LazyDuke
    阅读 10 分钟

    何为 class

    众所周知，JavaScript是没有类的，class也只是语法糖，这篇文章旨在于理清我们常常挂着嘴边的语法糖，究竟指的是什么。

    ES6 与 ES5 写法对比

    class Parent {
    static nation = 'China'
    
    isAdult = true
    
    get thought() {
        console.log('Thought in head is translate to Chinese.')
        return this._thought
    }
    
    set thought(newVal) {
        this._thought = newVal
    }
    
    constructor(name) {
        this.name = name
    }
    
    static live() {
        console.log('live')
    }

    talk() {
        console.log('talk')
    }
}

    这是一个很完整的写法，我们已经习惯于这么方便地写出一个类了，那么对应到 ES5 中的写法又是如何呢

    function Parent(name) {
    this.name = name
    this.isAdult = true
}

Parent.nation = 'China'
Parent.live = function() {
    console.log('live')
}
Parent.prototype = {
    get thought() {
        return this._thought
    },
    set thought(newVal) {
        this._thought = newVal
    },
    talk: function() {
        console.log('talk')
    }
}

    可以很清晰地看到

    • ES6 中 Parent 类的 constructor 对应的就是 ES5 中的构造函数 Parent；
    • 实例属性 name 和 isAdult，无论在 ES6 中采用何种写法，在 ES5 中依然都是挂在 this 下；
    • ES6 中通过关键字 static 修饰的静态属性和方法 nation 和 live，则都被直接挂在类 Parent 上；
    • 值得注意的是 getter 和 setter tought 和 方法 talk 是被挂在 原型对象 Parent.prototype 上的。

    Babel 是如何进行编译的

    我们可以通过将代码输入到 Babel 官网的 Try it out 来查看编译后的代码，这个部分我们循序渐进，一步一步来进行编译，拆解 Babel 的编译过程：

    过程一

    我们此时只观察 属性 相关的编译结果，
    编译前：

    class Parent {
    static nation = 'China'
    
    isAdult = true
    
    constructor(name) {
        this.name = name
    }
}

    编译后：

    'use strict'
  // 封装后的 instanceof 操作
  function _instanceof(left, right) {
    if (
      right != null &&
      typeof Symbol !== 'undefined' &&
      right[Symbol.hasInstance]
    ) {
      return !!right[Symbol.hasInstance](left)
    } else {
      return left instanceof right
    }
  }
  // ES6 的 class，必须使用 new 操作来调用，
  // 这个方法的作用就是检查是否通过 new 操作调用，使用到了上面封装的 _instanceof 方法
  function _classCallCheck(instance, Constructor) {
    if (!_instanceof(instance, Constructor)) {
      throw new TypeError('Cannot call a class as a function')
    }
  }
  // 封装后的 Object.defineProperty
  function _defineProperty(obj, key, value) {
    if (key in obj) {
      Object.defineProperty(obj, key, {
        value: value,
        enumerable: true,
        configurable: true,
        writable: true
      })
    } else {
      obj[key] = value
    }
    return obj
  }

  var Parent = function Parent(name) {
    // 检查是否通过 new 操作调用
    _classCallCheck(this, Parent)
    // 初始化 isAdult
    _defineProperty(this, 'isAdult', true)
    // 根据入参初始化 name
    this.name = name
  }
  // 初始化静态属性 nation
  _defineProperty(Parent, 'nation', 'China')

    从编译后的代码中可以发现，Babel 为了其严谨度，封装了一些方法，其中 可能有点迷惑的是 _instanceof(left, right) 这个方法里的 Symbol.hasInsance，从 MDN 和 ECMAScript6入门 中可以知道，这个属性可以用来自定义 instanceof 操作符在某个类上的行为。这里还有一个重点关注对象 _classCallCheck(instance, Constructor) ，这个方法用来检查是否通过 new 操作调用。

    过程二

    编译前：

    class Parent {
    static nation = 'China'
    
    isAdult = true
    
    get thought() {
        console.log('Thought in head is translate to Chinese.')
        return this._thought
    }
    
    set thought(newVal) {
        this._thought = newVal
    }
    
    constructor(name) {
        this.name = name
    }
    
    static live() {
        console.log('live')
    }

    talk() {
        console.log('talk')
    }
}

    编译后：

     'use strict'
  // 封装后的 instanceof 操作
  function _instanceof(left, right) {
    // .....
  }
  // ES6 的 class，必须使用 new 操作来调用，
  // 这个方法的作用就是检查是否通过 new 操作调用，使用到了上面封装的 _instanceof 方法
  function _classCallCheck(instance, Constructor) {
    // ......
  }
  // 封装 Object.defineProperty 来添加属性
  function _defineProperties(target, props) {
    // 遍历 props
    for (var i = 0; i < props.length; i++) {
      var descriptor = props[i]
      // enumerable 默认为 false
      descriptor.enumerable = descriptor.enumerable || false
      descriptor.configurable = true
      if ('value' in descriptor) descriptor.writable = true
      Object.defineProperty(target, descriptor.key, descriptor)
    }
  }
  // 为 Constructor 添加原型属性或者静态属性并返回
  function _createClass(Constructor, protoProps, staticProps) {
    // 如果是原型属性，添加到原型对象上
    if (protoProps) _defineProperties(Constructor.prototype, protoProps)
    // 如果是静态属性，添加到构造函数上
    if (staticProps) _defineProperties(Constructor, staticProps)
    return Constructor
  }
  // 封装后的 Object.defineProperty
  function _defineProperty(obj, key, value) {
    // ......
  }

  var Parent =
    /*#__PURE__*/
    (function() {
      // 添加 getter/setter
      _createClass(Parent, [
        {
          key: 'thought',
          get: function get() {
            console.log('Thought in head is translate to Chinese.')
            return this._thought
          },
          set: function set(newVal) {
            this._thought = newVal
          }
        }
      ])

      function Parent(name) {
        // 检查是否通过 new 操作调用
        _classCallCheck(this, Parent)
        // 初始化 isAdult
        _defineProperty(this, 'isAdult', true)
        // 根据入参初始化 name
        this.name = name
      }
      // 添加 talk 和 live 方法
      _createClass(
        Parent,
        [
          {
            key: 'talk',
            value: function talk() {
              console.log('talk')
            }
          }
        ],
        [
          {
            key: 'live',
            value: function live() {
              console.log('live')
            }
          }
        ]
      )

      return Parent
    })()
  // 初始化静态属性 nation
  _defineProperty(Parent, 'nation', 'China')

    与过程一相比，编译后的代码， Babel 多生成了一个 _defineProperties(target, props) 和 _createClass(Constructor, protoProps, staticProps) 的辅助函数，这两个主要用来添加原型属性和静态属性，并且通过 Object.defineProperty 的方法，对数据描述符和存取描述符都可以进行控制。
    值得注意的是，ES6 中的 class 里的所有方法都是不可遍历的（enumerable: false），这里有一个小细节： 如果有使用 TypeScript，在设置 compileOptions 中的 target 时，如果设置为 es5，那么会发现编译后的 方法可以通过 Object.keys() 遍历到，而设置为es6时就无法被遍历。

    总结

    Babel 通过 AST 抽象语法树分析，然后添加以下

    • _instanceof(left, right) // 封装后的 instanceof 操作
    • _classCallCheck(instance, Constructor) // 检查是否通过 new 操作调用
    • _defineProperties(target, props) // 封装 Object.defineProperty 来添加属性
    • _createClass(Constructor, protoProps, staticProps) // 为 Constructor 添加原型属性或者静态属性并返回
    • _defineProperty(obj, key, value) // // 封装后的 Object.defineProperty

    五个辅助函数，来为 Parent 构造函数添加属性和方法，转换 名为 class 的语法糖为 ES5 的代码。

    何为 extends

    既然 ES6 没有类，那又应该如何实现继承呢，相信聪明的你已经知道了，其实和 class 一样，extends 也是语法糖，接下来我们一步一步接着把这层语法糖也拆开。

    ES5 的 寄生组合式继承

    从 从 Prototype 开始说起（上）—— 图解 ES5 继承相关 这里知道，相对完美的继承实现是 寄生组合式继承，为了方便阅读，这里再次附上源码和示意例图：

    function createObject(o) {
    function F() {}
    F.prototype = o
    return new F()
}

function Parent(name) {
    this.name = name
}

function Child(name) {
    Parent.call(this, name)
}

Child.prototype = createObject(Parent.prototype)
Child.prototype.constructor = Child

var child = new Child('child')

    QQ20191117-204128.png

    ES6 和 ES5 写法对比

    如果参考上面的继承实现，我们可以轻松地写出两种版本的继承形式

    class Child extends Parent {
    constructor(name, age) {
        super(name); // 调用父类的 constructor(name)
        this.age = age;
    }
}
    function Child (name, age) {
    Parent.call(this, name)
    this.age = age
}

Child.prototype = createObject(Parent.prototype)
Child.prototype.constructor = Child

    Babel 是如何进行编译的

    一些细节

    • 子类必须在 constructor 方法中调用 super 方法，否则新建实例时会报错。这是因为子类没有自己的 this 对象，而是继承父类的 this 对象，然后对其进行加工。如果不调用 super 方法，子类就得不到 this 对象。

    也正是因为这个原因，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。

    • 在 ES6 中，父类的静态方法，可以被子类继承。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。

    QQ20191117-204140@2x.png

    编译过程

    同样的，我们将代码输入到 Babel 官网的 Try it out 来查看编译后的代码：

    'use strict'
  // 封装后的 typeof
  function _typeof(obj) {
    if (
      typeof Symbol === 'function' &&
      typeof Symbol.iterator === 'symbol'
    ) {
      _typeof = function _typeof(obj) {
        return typeof obj
      }
    } else {
      _typeof = function _typeof(obj) {
        return obj &&
          typeof Symbol === 'function' &&
          obj.constructor === Symbol &&
          obj !== Symbol.prototype
          ? 'symbol'
          : typeof obj
      }
    }
    return _typeof(obj)
  }
  // 调用父类的 constructor()，并返回子类的 this
  function _possibleConstructorReturn(self, call) {
    if (
      call &&
      (_typeof(call) === 'object' || typeof call === 'function')
    ) {
      return call
    }
    return _assertThisInitialized(self)
  }
  // 检查 子类的 super() 是否被调用
  function _assertThisInitialized(self) {
    if (self === void 0) {
      throw new ReferenceError(
        "this hasn't been initialised - super() hasn't been called"
      )
    }
    return self
  }
  // 封装后的 getPrototypeOf
  function _getPrototypeOf(o) {
    _getPrototypeOf = Object.setPrototypeOf
      ? Object.getPrototypeOf
      : function _getPrototypeOf(o) {
          return o.__proto__ || Object.getPrototypeOf(o)
        }
    return _getPrototypeOf(o)
  }
  // 实现继承的辅助函数
  function _inherits(subClass, superClass) {
    if (typeof superClass !== 'function' && superClass !== null) {
      throw new TypeError(
        'Super expression must either be null or a function'
      )
    }
    subClass.prototype = Object.create(superClass && superClass.prototype, {
      constructor: { value: subClass, writable: true, configurable: true }
    })
    if (superClass) _setPrototypeOf(subClass, superClass)
  }
  // 封装后的 setPrototypeOf
  function _setPrototypeOf(o, p) {
    _setPrototypeOf =
      Object.setPrototypeOf ||
      function _setPrototypeOf(o, p) {
        o.__proto__ = p
        return o
      }
    return _setPrototypeOf(o, p)
  }
  // 检查是否通过 new 操作调用
  function _classCallCheck(instance, Constructor) {
    if (!_instanceof(instance, Constructor)) {
      throw new TypeError('Cannot call a class as a function')
    }
  }

  var Child =
    /*#__PURE__*/
    (function(_Parent) {
      // 继承操作
      _inherits(Child, _Parent)

      function Child(name, age) {
        var _this

        _classCallCheck(this, Child)
        // 调用父类的 constructor()，并返回子类的 this
        _this = _possibleConstructorReturn(
          this,
          _getPrototypeOf(Child).call(this, name)
        )
        // 根据入参初始化子类自己的属性
        _this.age = age
        return _this
      }

      return Child
    })(Parent)

    _inherits(subClass, superClass)

    我们来细看一下这个实现继承的辅助函数的细节：

    function _inherits(subClass, superClass) {
    // 1. 检查 extends 的继承目标（即父类），必须是函数或者是 null
    if (typeof superClass !== 'function' && superClass !== null) {
      throw new TypeError(
        'Super expression must either be null or a function'
      )
    }
    // 2. 类似于 ES5 的寄生组合式继承，使用 Object.create，
    //    设置子类 prototype 属性的 __proto__ 属性指向父类的 prototype 属性
    subClass.prototype = Object.create(superClass && superClass.prototype, {
      constructor: { value: subClass, writable: true, configurable: true }
    })
    // 3. 设置子类的 __proto__ 属性指向父类
    if (superClass) _setPrototypeOf(subClass, superClass)
  }

    这个方法主要分为3步，其中第2步，通过寄生组合式继承在实现继承的同时，新增了一个名为 constructor 的不可枚举的属性；第3步实现了上文说的第二条原型链，从而达到静态方法也能被继承的效果。

    _possibleConstructorReturn(self, call)

    这个辅助函数主要是用来实现 super() 的效果，对应到寄生组合式继承上则是借用构造函数继承的部分，有所不同的是，该方法返回一个 this 并赋给子类的 this。具体细节可以在 ES6 系列之 Babel 是如何编译 Class 的(下) 查看。

    总结

    和 class 一样，Babel 通过 AST 抽象语法树分析，然后添加一组辅助函数，在我看来可以分为两类，第一类：

    • _typeof(obj) // 封装后的 typeof
    • _getPrototypeOf(o) // 封装后的 getPrototypeOf
    • _setPrototypeOf(o, p) // 封装后的 setPrototypeOf

    这种为了健壮性的功能辅助函数
    第二类：

    • _assertThisInitialized(self) // 检查 子类的 super() 是否被调用
    • _possibleConstructorReturn(self, call) // 调用父类的 constructor()，并返回子类的 this
    • _classCallCheck(instance, Constructor) // 检查是否通过 new 操作调用
    • _inherits(subClass, superClass) // 实现继承的辅助函数

    这种为了实现主要功能的流程辅助函数，从而实现更完善的寄生组合式继承。

    后记

    从 Prototype 开始说起 一共分为两篇，从两个角度来讲述 JavaScript 原型相关的内容。

    参考资料

    javascript
    LazyDuke
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