故事是從一次實際需求中開始的。。。
某天,某人向我尋求了一次幫助,要協助寫一個日期工具類,要求:
形象點描述,就是要求可以這樣:
// 假設最終的類是 MyDate,有一個getTest拓展方法
let date = new MyDate();
// 調用Date的方法,輸出GMT絕對毫秒數
console.log(date.getTime());
// 調用拓展的方法,隨便輸出什麼,譬如helloworld!
console.log(date.getTest());
於是,隨手用JS中經典的組合寄生法寫了一個繼承,然後,剛準備完美收工,一運行,卻出現了以下的情景:
但是的心情是這樣的: 😳囧
以前也沒有遇到過類似的問題,然後自己嘗試著用其它方法,多次嘗試,均無果(不算暴力混合法的情況),其實回過頭來看,是因為思路新奇,憑空想不到,並不是原理上有多難。。。
於是,藉助強大的搜素引擎,搜集資料,最後,再自己總結了一番,才有了本文。
正文開始前,各位看官可以先暫停往下讀,嘗試下,在不藉助任何網絡資料的情況下,是否能實現上面的需求?(就以 10分鐘為限吧)
分析問題的關鍵藉助stackoverflow上的回答。
經典的繼承法有何問題先看看本文最開始時提到的經典繼承法實現,如下:
/**
* 經典的js組合寄生繼承
*/
function MyDate() {
Date.apply(this, arguments);
this.abc = 1;
}
function inherits(subClass, superClass) {
function Inner() {}
Inner.prototype = superClass.prototype;
subClass.prototype = new Inner();
subClass.prototype.constructor = subClass;
}
inherits(MyDate, Date);
MyDate.prototype.getTest = function() {
return this.getTime();
};
let date = new MyDate();
console.log(date.getTest());
就是這段代碼⬆,這也是JavaScript高程(紅寶書)中推薦的一種,一直用,從未失手,結果現在馬失前蹄。。。
我們再回顧下它的報錯:
再列印它的原型看看:
怎麼看都沒問題,因為按照原型鏈回溯規則, Date的所有原型方法都可以通過 MyDate對象的原型鏈往上回溯到。再仔細看看,發現它的關鍵並不是找不到方法,而是 thisisnotaDateobject.
嗯哼,也就是說,關鍵是:由於調用的對象不是Date的實例,所以不允許調用,就算是自己通過原型繼承的也不行。
為什麼無法被繼承?首先,看看 MDN上的解釋,上面有提到,JavaScript的日期對象只能通過 JavaScriptDate作為構造函數來實例化。
然後再看看stackoverflow上的回答:
有提到, v8引擎底層代碼中有限制,如果調用對象的 [[Class]]不是 Date,則拋出錯誤。
總的來說,結合這兩點,可以得出一個結論:要調用Date上方法的實例對象必須通過Date構造出來,否則不允許調用Date的方法。
該如何實現繼承?雖然原因找到了,但是問題仍然要解決啊,真的就沒辦法了麼?當然不是,事實上還是有不少實現的方法的。
暴力混合法首先,說說說下暴力的混合法,它是下面這樣子的:
說到底就是:內部生成一個 Date對象,然後此類暴露的方法中,把原有 Date中所有的方法都代理一遍,而且嚴格來說,這根本算不上繼承(都沒有原型鏈回溯)。
ES5黑魔法然後,再看看ES5中如何實現?
// 需要考慮polyfill情況
Object.setPrototypeOf = Object.setPrototypeOf ||
function(obj, proto) {
obj.__proto__ = proto;
return obj;
};
/**
* 用了點技巧的繼承,實際上返回的是Date對象
*/
function MyDate() {
// bind屬於Function.prototype,接收的參數是:object, param1, params2...
var dateInst = new(Function.prototype.bind.apply(Date, [Date].concat(Array.prototype.slice.call(arguments))))();
// 更改原型指向,否則無法調用MyDate原型上的方法
// ES6方案中,這裡就是[[prototype]]這個隱式原型對象,在沒有標準以前就是__proto__
Object.setPrototypeOf(dateInst, MyDate.prototype);
dateInst.abc = 1;
return dateInst;
}
// 原型重新指回Date,否則根本無法算是繼承
Object.setPrototypeOf(MyDate.prototype, Date.prototype);
MyDate.prototype.getTest = function getTest() {
return this.getTime();
};
let date = new MyDate();
// 正常輸出,譬如1515638988725
console.log(date.getTest());
一眼看上去不知所措?沒關係,先看下圖來理解:(原型鏈關係一目了然)
可以看到,用的是非常巧妙的一種做法:
正常繼承的情況如下:
這種做法的繼承的情況如下:
可以看出,關鍵點在於:
所以最終的實例對象仍然能進行正常的原型鏈回溯,回溯到原本Date的所有原型方法。
這樣通過一個巧妙的欺騙技巧,就實現了完美的Date繼承。不過補充一點, MDN上有提到儘量不要修改對象的 [[Prototype]],因為這樣可能會幹涉到瀏覽器本身的優化。如果你關心性能,你就不應該在一個對象中修改它的 [[Prototype]]
ES6大法當然,除了上述的ES5實現,ES6中也可以直接繼承(自帶支持繼承 Date),而且更為簡單:
class MyDate extends Date {
constructor() {
super();
this.abc = 1;
}
getTest() {
return this.getTime();
}
}
let date = new MyDate();
// 正常輸出,譬如1515638988725
console.log(date.getTest());
對比下ES5中的實現,這個真的是簡單的不行,直接使用ES6的Class語法就行了。而且,也可以正常輸出。
注意:這裡的正常輸出環境是直接用ES6運行,不經過babel打包,打包後實質上是轉化成ES5的,所以效果完全不一樣。
ES6寫法,然後Babel打包雖然說上述ES6大法是可以直接繼承Date的,但是,考慮到實質上大部分的生產環境是: ES6+Babel
直接這樣用ES6 + Babel是會出問題的。
不信的話,可以自行嘗試下,Babel打包成ES5後代碼大致是這樣的:
然後當信心滿滿的開始用時,會發現:
對,又出現了這個問題,也許這時候是這樣的⊙?⊙
因為轉譯後的ES5源碼中,仍然是通過 MyDate來構造,而 MyDate的構造中又無法修改屬於 Date內部的 [[Class]]之類的私有標誌,因此構造出的對象仍然不允許調用 Date方法(調用時,被引擎底層代碼識別為 [[Class]]標誌不符合,不允許調用,拋出錯誤)。
由此可見,ES6繼承的內部實現和Babel打包編譯出來的實現是有區別的。(雖說Babel的polyfill一般會按照定義的規範去實現的,但也不要過度迷信)。
幾種繼承的細微區別雖然上述提到的三種方法都可以達到繼承 Date的目的-混合法嚴格說不能算繼承,只不過是另類實現。
於是,將所有能列印的主要信息都列印出來,分析幾種繼承的區別,大致場景是這樣的:
可以參考:( 請進入調試模式)https://dailc.github.io/fe-interview/demo/extends_date.html
從上往下, 1,2,3,4四種繼承實現分別是:(排出了混合法)
~~~~以下是MyDate們的prototype~~~~~~~~~
Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ}
Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ}
Date {getTest: ƒ, constructor: ƒ}
Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ}
~~~~以下是new出的對象~~~~~~~~~
Sat Jan 13 2018 21:58:55 GMT+0800 (CST)
MyDate2 {abc: 1}
Sat Jan 13 2018 21:58:55 GMT+0800 (CST)
MyDate {abc: 1}
~~~~以下是new出的對象的Object.prototype.toString.call~~~~~~~~~
[object Date]
[object Object]
[object Date]
[object Object]
~~~~以下是MyDate們的__proto__~~~~~~~~~
ƒ Date() { [native code] }
ƒ () { [native code] }
ƒ () { [native code] }
ƒ Date() { [native code] }
~~~~以下是new出的對象的__proto__~~~~~~~~~
Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ}
Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ}
Date {getTest: ƒ, constructor: ƒ}
Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ}
~~~~以下是對象的__proto__與MyDate們的prototype比較~~~~~~~~~
true
true
true
true
看出,主要差別有幾點:
MyDate們的proto指向不一樣
Object.prototype.toString.call的輸出不一樣
對象本質不一樣,可以正常調用的 1,3都是 Date構造出的,而其它的則是 MyDate構造出的
我們上文中得出的一個結論是:由於調用的對象不是由Date構造出的實例,所以不允許調用,就算是自己的原型鏈上有Date.prototype也不行
但是這裡有兩個變量:分別是底層構造實例的方法不一樣,以及對象的 Object.prototype.toString.call的輸出不一樣(另一個 MyDate.__proto__可以排除,因為原型鏈回溯肯定與它無關)。
萬一它的判斷是根據 Object.prototype.toString.call來的呢?那這樣結論不就有誤差了?
於是,根據ES6中的, Symbol.toStringTag,使用黑魔法,動態的修改下它,排除下幹擾:
// 分別可以給date2,date3設置
Object.defineProperty(date2, Symbol.toStringTag, {
get: function() {
return "Date";
}
});
然後在列印下看看,變成這樣了:
[object Date]
[object Date]
[object Date]
[object Object]
可以看到,第二個的 MyDate2構造出的實例,雖然列印出來是 [objectDate],但是調用Date方法仍然是有錯誤。
此時我們可以更加準確一點的確認:由於調用的對象不是由Date構造出的實例,所以不允許調用。
而且我們可以看到,就算通過黑魔法修改 Object.prototype.toString.call,內部的 [[Class]]標識位也是無法修改的。(這塊知識點大概是Object.prototype.toString.call可以輸出內部的[[Class]],但無法改變它,由於不是重點,這裡不贅述)。
ES6繼承與ES5繼承的區別從上午中的分析可以看到一點:ES6的Class寫法繼承是沒問題的。但是換成ES5寫法就不行了。
所以ES6的繼承大法和ES5肯定是有區別的,那麼究竟是哪裡不同呢?(主要是結合的本文繼承Date來說)
區別:(以 SubClass, SuperClass, instance為例)
ES5中繼承的實質是:(那種經典組合寄生繼承法)
先由子類( SubClass)構造出實例對象this
然後在子類的構造函數中,將父類( SuperClass)的屬性添加到 this上, SuperClass.apply(this,arguments)
子類原型( SubClass.prototype)指向父類原型( SuperClass.prototype)
所以 instance是子類( SubClass)構造出的(所以沒有父類的 [[Class]]關鍵標誌)
所以, instance有 SubClass和 SuperClass的所有實例屬性,以及可以通過原型鏈回溯,獲取 SubClass和 SuperClass原型上的方法
ES6中繼承的實質是:
先由父類( SuperClass)構造出實例對象this,這也是為什麼必須先調用父類的 super()方法(子類沒有自己的this對象,需先由父類構造)
然後在子類的構造函數中,修改this(進行加工),譬如讓它指向子類原型( SubClass.prototype),這一步很關鍵,否則無法找到子類原型(注,子類構造中加工這一步的實際做法是推測出的,從最終效果來推測)
然後同樣,子類原型( SubClass.prototype)指向父類原型( SuperClass.prototype)
所以 instance是父類( SuperClass)構造出的(所以有著父類的 [[Class]]關鍵標誌)
所以, instance有 SubClass和 SuperClass的所有實例屬性,以及可以通過原型鏈回溯,獲取 SubClass和 SuperClass原型上的方法
以上⬆就列舉了些重要信息,其它的如靜態方法的繼承沒有贅述。(靜態方法繼承實質上只需要更改下 SubClass.__proto__到 SuperClass即可)
可以看著這張圖快速理解:
有沒有發現呢:ES6中的步驟和本文中取巧繼承Date的方法一模一樣,不同的是ES6是語言底層的做法,有它的底層優化之處,而本文中的直接修改_proto_容易影響性能。
ES6中在super中構建this的好處?
因為ES6中允許我們繼承內置的類,如Date,Array,Error等。如果this先被創建出來,在傳給Array等系統內置類的構造函數,這些內置類的構造函數是不認這個this的。所以需要現在super中構建出來,這樣才能有著super中關鍵的 [[Class]]標誌,才能被允許調用。(否則就算繼承了,也無法調用這些內置類的方法)
構造函數與實例對象看到這裡,不知道是否對上午中頻繁提到的構造函數,實例對象有所混淆與困惑呢?這裡稍微描述下。
要弄懂這一點,需要先知道 new一個對象到底發生了什麼?先形象點說:
new MyClass()中,都做了些什麼工作function MyClass() {
this.abc = 1;
}
MyClass.prototype.print = function() {
console.log('this.abc:' + this.abc);
};
let instance = new MyClass();
譬如,上述就是一個標準的實例對象生成,都發生了什麼呢?
步驟簡述如下:(參考MDN,還有部分關於底層的描述略去-如[[Class]]標識位等)
構造函數內部,創建一個新的對象,它繼承自 MyClass.prototype, letinstance=Object.create(MyClass.prototype);
使用指定的參數調用構造函數 MyClass,並將 this綁定到新創建的對象, MyClass.call(instance);,執行後擁有所有實例屬性
如果構造函數返回了一個「對象」,那麼這個對象會取代整個 new出來的結果。如果構造函數沒有返回對象,那麼new出來的結果為步驟1創建的對象。 (一般情況下構造函數不返回任何值,不過用戶如果想覆蓋這個返回值,可以自己選擇返回一個普通對象來覆蓋。當然,返回數組也會覆蓋,因為數組也是對象。)
結合上述的描述,大概可以還原成以下代碼(簡單還原,不考慮各種其它邏輯):
let instance = Object.create(MyClass.prototype);
let innerConstructReturn = MyClass.call(instance);
let innerConstructReturnIsObj = typeof innerConstructReturn === 'object' || typeof innerConstructReturn === 'function';
return innerConstructReturnIsObj ? innerConstructReturn : instance;
注意⚠️:普通的函數構建,可以簡單的認為就是上述步驟。實際上對於一些內置類(如Date等),並沒有這麼簡單,還有一些自己的隱藏邏輯,譬如 [[Class]]標識位等一些重要私有屬性。譬如可以在MDN上看到,以常規函數調用Date(即不加 new 操作符)將會返回一個字符串,而不是一個日期對象,如果這樣模擬的話會無效。
覺得看起來比較繁瑣?可以看下圖梳理:
那現在再回頭看看。
什麼是構造函數?
如上述中的 MyClass就是一個構造函數,在內部它構造出了 instance對象。
什麼是實例對象?
instance就是一個實例對象,它是通過 new出來的?
實例與構造的關係
有時候淺顯點,可以認為構造函數是xxx就是xxx的實例。即:
let instance = new MyClass();
此時我們就可以認為 instance是 MyClass的實例,因為它的構造函數就是它。
實例就一定是由對應的構造函數構造出的麼?不一定,我們那ES5黑魔法來做示例。
function MyDate() {
// bind屬於Function.prototype,接收的參數是:object, param1, params2...
var dateInst = new(Function.prototype.bind.apply(Date, [Date].concat(Array.prototype.slice.call(arguments))))();
// 更改原型指向,否則無法調用MyDate原型上的方法
// ES6方案中,這裡就是[[prototype]]這個隱式原型對象,在沒有標準以前就是__proto__
Object.setPrototypeOf(dateInst, MyDate.prototype);
dateInst.abc = 1;
return dateInst;
}
我們可以看到 instance的最終指向的原型是 MyDate.prototype,而 MyDate.prototype的構造函數是 MyDate,因此可以認為 instance是 MyDate的實例。
但是,實際上, instance卻是由 Date構造的,我們可以繼續用 ES6中的 new.target來驗證。
注意⚠️:關於 new.target, MDN中的定義是:new.target返回一個指向構造方法或函數的引用。
嗯哼,也就是說,返回的是構造函數。
我們可以在相應的構造中測試列印:
class MyDate extends Date {
constructor() {
super();
this.abc = 1;
console.log('~~~new.target.name:MyDate~~~~');
console.log(new.target.name);
}
}
// new操作時的列印結果是:
// ~~~new.target.name:MyDate~~~~
// MyDate
然後,可以在上面的示例中看到,就算是ES6的Class繼承, MyDate構造中列印 new.target也顯示 MyDate,但實際上它是由 Date來構造(有著 Date關鍵的 [[Class]]標誌,因為如果不是Date構造(如沒有標誌)是無法調用Date的方法的)。
這也算是一次小小的勘誤吧。
所以,實際上用 new.target是無法判斷實例對象到底是由哪一個構造構造的(這裡指的是判斷底層真正的 [[Class]]標誌來源的構造)。
再回到結論:實例對象不一定就是由它的原型上的構造函數構造的,有可能構造函數內部有著寄生等邏輯,偷偷的用另一個函數來構造了下,當然,簡單情況下,我們直接說實例對象由對應構造函數構造也沒錯(不過,在涉及到這種Date之類的分析時,我們還是得明白)。
[[Class]]與Internal slot這一部分為補充內容。
前文中一直提到一個概念:Date內部的 [[Class]]標識。
其實,嚴格來說,不能這樣泛而稱之(前文中只是用這個概念是為了降低複雜度,便於理解),它可以分為以下兩部分:
在ES5中,每種內置對象都定義了 [[Class]] 內部屬性的值,[[Class]] 內部屬性的值用於內部區分對象的種類
Object.prototype.toString訪問的就是這個[[Class]]
規範中除了通過 Object.prototype.toString,沒有提供任何手段使程序訪問此值。
而且Object.prototype.toString輸出無法被修改
而在ES5中,之前的 [[Class]] 不再使用,取而代之的是一系列的 internalslot
Internal slot 對應於與對象相關聯並由各種ECMAScript規範算法使用的內部狀態,它們沒有對象屬性,也不能被繼承
根據具體的 Internal slot 規範,這種狀態可以由任何ECMAScript語言類型或特定ECMAScript規範類型值的值組成
通過 Object.prototype.toString,仍然可以輸出Internal slot值
簡單點理解(簡化理解),Object.prototype.toString的流程是:如果是基本數據類型(除去Object以外的幾大類型),則返回原本的slot,如果是Object類型(包括內置對象以及自己寫的對象),則調用 Symbol.toStringTag。 Symbol.toStringTag方法的默認實現就是返回對象的Internal slot,這個方法可以被重寫
這兩點是有所差異的,需要區分(不過簡單點可以統一理解為內置對象內部都有一個特殊標識,用來區分對應類型-不符合類型就不給調用)。
JS內置對象是這些:
"Arguments", "Array", "Boolean", "Date", "Error", "Function", "JSON", "Math", "Number", "Object", "RegExp", "String"
ES6新增的一些,這裡未提到:(如Promise對象可以輸出 [objectPromise]),而前文中提到的:
Object.defineProperty(date, Symbol.toStringTag, {
get: function() {
return "Date";
}
});
它的作用是重寫Symbol.toStringTag,截取date(雖然是內置對象,但是仍然屬於Object)的 Object.prototype.toString的輸出,讓這個對象輸出自己修改後的 [objectDate]。
但是,僅僅是做到輸出的時候變成了Date,實際上內部的 internalslot值並沒有被改變,因此仍然不被認為是Date。
如何快速判斷是否繼承?其實,在判斷繼承時,沒有那麼多的技巧,就只有關鍵的一點: [[prototype]]( __ptoto__)的指向關係。
譬如:
console.log(instance instanceof SubClass);
console.log(instance instanceof SuperClass);
實質上就是:
然後,對照本文中列舉的一些圖,一目了然就可以看清關係。有時候,完全沒有必要弄的太複雜。
寫在最後的話由於繼承的介紹在網上已經多不勝數,因此本文沒有再重複描述,而是由一道Date繼承題引發,展開(關鍵就是原型鏈)。
不知道看到這裡,各位看官是否都已經弄懂了JS中的繼承呢?
另外,遇到問題時,多想一想,有時候你會發現,其實你知道的並不是那麼多,然後再想一想,又會發現其實並沒有這麼複雜。。。
初次發布 2018.01.15 於我個人博客上面:
http://www.dailichun.com/2018/01/15/howtoextenddate.html
參考資料https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Classes
https://stackoverflow.com/questions/6075231/how-to-extend-the-javascript-date-object/30882416
http://exploringjs.com/es6/chclasses.html#secessentials-classes
http://blog.csdn.net/github_36978270/article/details/71896444
http://blog.csdn.net/pcaxb/article/details/53784309
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