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由一道题彻底弄懂 JavaScript继承

hmc789 2024-11-12 11:36:59 技术文章 1 ℃

前端开发者丨JavaScript

实际需求中开始

要求：

此类继承自 Date，拥有Date的所有属性和对象
此类可以自由拓展方法

形象点描述，就是要求可以这样：

// 假设最终的类是 MyDate，有一个getTest拓展方法
let date = newMyDate();
// 调用Date的方法，输出GMT绝对毫秒数
console.log(date.getTime());
// 调用拓展的方法，随便输出什么，譬如helloworld!
console.log(date.getTest());

于是，随手用JS中经典的组合寄生法写了一个继承，然后，刚准备完美收工，一运行，却出现了以下的情景：

但是的心情是这样的：囧

以前也没有遇到过类似的问题，然后自己尝试着用其它方法，多次尝试，均无果（不算暴力混合法的情况），其实回过头来看，是因为思路新奇，凭空想不到，并不是原理上有多难。。。

于是，借助强大的搜素引擎，搜集资料，最后，再自己总结了一番，才有了本文。

正文开始前，各位看官可以先暂停往下读，尝试下，在不借助任何网络资料的情况下，是否能实现上面的需求？（就以 10分钟为限吧）

分析问题的关键

借助stackoverflow上的回答。

经典的继承法有何问题

先看看本文最开始时提到的经典继承法实现，如下：

/**
* 经典的js组合寄生继承
*/
functionMyDate() {
Date.apply(this, arguments);
this.abc = 1;
}
functioninherits(subClass, superClass) {
functionInner() {}
Inner.prototype = superClass.prototype;
subClass.prototype = newInner();
subClass.prototype.constructor = subClass;
}
inherits(MyDate,Date);
MyDate.prototype.getTest = function() {
returnthis.getTime();
};
let date = newMyDate();
console.log(date.getTest());

就是这段代码?，这也是JavaScript高程（红宝书）中推荐的一种，一直用，从未失手，结果现在马失前蹄。。。

我们再回顾下它的报错：

再打印它的原型看看：

怎么看都没问题，因为按照原型链回溯规则， Date的所有原型方法都可以通过 MyDate对象的原型链往上回溯到。再仔细看看，发现它的关键并不是找不到方法，而是 thisisnotaDateobject.

嗯哼，也就是说，关键是：由于调用的对象不是Date的实例，所以不允许调用，就算是自己通过原型继承的也不行。

为什么无法被继承？

首先，看看 MDN上的解释，上面有提到，JavaScript的日期对象只能通过 JavaScriptDate作为构造函数来实例化。

然后再看看stackoverflow上的回答：

有提到， v8引擎底层代码中有限制，如果调用对象的 [[Class]]不是 Date，则抛出错误。

总的来说，结合这两点，可以得出一个结论：要调用Date上方法的实例对象必须通过Date构造出来，否则不允许调用Date的方法。

该如何实现继承？

虽然原因找到了，但是问题仍然要解决啊，真的就没办法了么？当然不是，事实上还是有不少实现的方法的。

暴力混合法

首先，说说说下暴力的混合法，它是下面这样子的：

说到底就是：内部生成一个 Date对象，然后此类暴露的方法中，把原有 Date中所有的方法都代理一遍，而且严格来说，这根本算不上继承（都没有原型链回溯）。

ES5黑魔法

然后，再看看ES5中如何实现？

// 需要考虑polyfill情况
Object.setPrototypeOf = Object.setPrototypeOf ||
function(obj, proto) {
obj.__proto__ = proto;
returnobj;
};
/**
* 用了点技巧的继承，实际上返回的是Date对象
*/
functionMyDate() {
// bind属于Function.prototype，接收的参数是：object, param1, params2...
vardateInst =new(Function.prototype.bind.apply(Date, [Date].concat(Array.prototype.slice.call(arguments))))();
// 更改原型指向，否则无法调用MyDate原型上的方法
// ES6方案中，这里就是[[prototype]]这个隐式原型对象，在没有标准以前就是__proto__
Object.setPrototypeOf(dateInst,MyDate.prototype);
dateInst.abc = 1;
returndateInst;
}
// 原型重新指回Date，否则根本无法算是继承
Object.setPrototypeOf(MyDate.prototype,Date.prototype);
MyDate.prototype.getTest = functiongetTest() {
returnthis.getTime();
};
let date = newMyDate();
// 正常输出，譬如1515638988725
console.log(date.getTest());

一眼看上去不知所措？没关系，先看下图来理解：（原型链关系一目了然）

可以看到，用的是非常巧妙的一种做法：

正常继承的情况如下：

newMyDate()返回实例对象 date是由 MyDate构造的
原型链回溯是: date(MyDate对象)-date.__proto__-MyDate.prototype-MyDate.prototype.__proto__-Date.prototype

这种做法的继承的情况如下：

newMyDate()返回实例对象 date是由 Date构造的
原型链回溯是: date(Date对象)-date.__proto__-MyDate.prototype-MyDate.prototype.__proto__-Date.prototype

可以看出，关键点在于：

构造函数里返回了一个真正的 Date对象（由 Date构造，所以有这些内部类中的关键 [[Class]]标志），所以它有调用 Date原型上方法的权利
构造函数里的Date对象的 [[ptototype]]（对外，浏览器中可通过 __proto__访问）指向 MyDate.prototype，然后 MyDate.prototype再指向 Date.prototype。

所以最终的实例对象仍然能进行正常的原型链回溯，回溯到原本Date的所有原型方法。

这样通过一个巧妙的欺骗技巧，就实现了完美的Date继承。不过补充一点， MDN上有提到尽量不要修改对象的 [[Prototype]]，因为这样可能会干涉到浏览器本身的优化。如果你关心性能，你就不应该在一个对象中修改它的 [[Prototype]]

ES6大法

当然，除了上述的ES5实现，ES6中也可以直接继承（自带支持继承 Date），而且更为简单：

classMyDateextendsDate{
constructor() {
super();
this.abc = 1;
}
getTest() {
returnthis.getTime();
}
}
let date = newMyDate();
// 正常输出，譬如1515638988725
console.log(date.getTest());

对比下ES5中的实现，这个真的是简单的不行，直接使用ES6的Class语法就行了。而且，也可以正常输出。

注意：这里的正常输出环境是直接用ES6运行，不经过babel打包，打包后实质上是转化成ES5的，所以效果完全不一样。

ES6写法，然后Babel打包

虽然说上述ES6大法是可以直接继承Date的，但是，考虑到实质上大部分的生产环境是： ES6+Babel

直接这样用ES6 + Babel是会出问题的。

不信的话，可以自行尝试下，Babel打包成ES5后代码大致是这样的：

然后当信心满满的开始用时，会发现：

对，又出现了这个问题，也许这时候是这样的⊙?⊙

因为转译后的ES5源码中，仍然是通过 MyDate来构造，而 MyDate的构造中又无法修改属于 Date内部的 [[Class]]之类的私有标志，因此构造出的对象仍然不允许调用 Date方法（调用时，被引擎底层代码识别为 [[Class]]标志不符合，不允许调用，抛出错误）。

由此可见，ES6继承的内部实现和Babel打包编译出来的实现是有区别的。（虽说Babel的polyfill一般会按照定义的规范去实现的，但也不要过度迷信）。

几种继承的细微区别

虽然上述提到的三种方法都可以达到继承 Date的目的-混合法严格说不能算继承，只不过是另类实现。

于是，将所有能打印的主要信息都打印出来，分析几种继承的区别，大致场景是这样的：

可以参考：（请进入调试模式）https://dailc.github.io/fe-interview/demo/extends_date.html

从上往下， 1,2,3,4四种继承实现分别是：（排出了混合法）

ES6的Class大法
经典组合寄生继承法
本文中的取巧做法，Date构造实例，然后更改 __proto__的那种
ES6的Class大法，Babel打包后的实现（无法正常调用的）

~~~~以下是MyDate们的prototype~~~~~~~~~
Date{constructor: ?, getTest: ?}
Date{constructor: ?, getTest: ?}
Date{getTest: ?, constructor: ?}
Date{constructor: ?, getTest: ?}
~~~~以下是new出的对象~~~~~~~~~
SatJan13201821:58:55GMT+0800(CST)
MyDate2{abc:1}
SatJan13201821:58:55GMT+0800(CST)
MyDate{abc:1}
~~~~以下是new出的对象的Object.prototype.toString.call~~~~~~~~~
[objectDate]
[objectObject]
[objectDate]
[objectObject]
~~~~以下是MyDate们的__proto__~~~~~~~~~
?Date() { [native code] }
? () { [native code] }
? () { [native code] }
?Date() { [native code] }
~~~~以下是new出的对象的__proto__~~~~~~~~~
Date{constructor: ?, getTest: ?}
Date{constructor: ?, getTest: ?}
Date{getTest: ?, constructor: ?}
Date{constructor: ?, getTest: ?}
~~~~以下是对象的__proto__与MyDate们的prototype比较~~~~~~~~~
true
true
true
true

看出，主要差别有几点：

MyDate们的proto指向不一样
Object.prototype.toString.call的输出不一样
对象本质不一样，可以正常调用的 1,3都是 Date构造出的，而其它的则是 MyDate构造出的

我们上文中得出的一个结论是：由于调用的对象不是由Date构造出的实例，所以不允许调用，就算是自己的原型链上有Date.prototype也不行

但是这里有两个变量：分别是底层构造实例的方法不一样，以及对象的 Object.prototype.toString.call的输出不一样（另一个 MyDate.__proto__可以排除，因为原型链回溯肯定与它无关）。

万一它的判断是根据 Object.prototype.toString.call来的呢？那这样结论不就有误差了？

于是，根据ES6中的， Symbol.toStringTag，使用黑魔法，动态的修改下它，排除下干扰：

// 分别可以给date2，date3设置
Object.defineProperty(date2,Symbol.toStringTag, {
get:function() {
returnDate;
}
});

然后在打印下看看，变成这样了：

[objectDate]
[objectDate]
[objectDate]
[objectObject]

可以看到，第二个的 MyDate2构造出的实例，虽然打印出来是 [objectDate]，但是调用Date方法仍然是有错误。

此时我们可以更加准确一点的确认：由于调用的对象不是由Date构造出的实例，所以不允许调用。

而且我们可以看到，就算通过黑魔法修改 Object.prototype.toString.call，内部的 [[Class]]标识位也是无法修改的。（这块知识点大概是Object.prototype.toString.call可以输出内部的[[Class]]，但无法改变它，由于不是重点，这里不赘述）。

ES6继承与ES5继承的区别

从上午中的分析可以看到一点：ES6的Class写法继承是没问题的。但是换成ES5写法就不行了。

所以ES6的继承大法和ES5肯定是有区别的，那么究竟是哪里不同呢？（主要是结合的本文继承Date来说）

区别：（以 SubClass， SuperClass， instance为例）

ES5中继承的实质是：（那种经典组合寄生继承法）

先由子类（ SubClass）构造出实例对象this
然后在子类的构造函数中，将父类（ SuperClass）的属性添加到 this上， SuperClass.apply(this,arguments)
子类原型（ SubClass.prototype）指向父类原型（ SuperClass.prototype）
所以 instance是子类（ SubClass）构造出的（所以没有父类的 [[Class]]关键标志）
所以， instance有 SubClass和 SuperClass的所有实例属性，以及可以通过原型链回溯，获取 SubClass和 SuperClass原型上的方法

ES6中继承的实质是：

先由父类（ SuperClass）构造出实例对象this，这也是为什么必须先调用父类的 super()方法（子类没有自己的this对象，需先由父类构造）
然后在子类的构造函数中，修改this（进行加工），譬如让它指向子类原型（ SubClass.prototype），这一步很关键，否则无法找到子类原型（注，子类构造中加工这一步的实际做法是推测出的，从最终效果来推测）
然后同样，子类原型（ SubClass.prototype）指向父类原型（ SuperClass.prototype）
所以 instance是父类（ SuperClass）构造出的（所以有着父类的 [[Class]]关键标志）
所以， instance有 SubClass和 SuperClass的所有实例属性，以及可以通过原型链回溯，获取 SubClass和 SuperClass原型上的方法

以上?就列举了些重要信息，其它的如静态方法的继承没有赘述。（静态方法继承实质上只需要更改下 SubClass.__proto__到 SuperClass即可）

可以看着这张图快速理解：

有没有发现呢：ES6中的步骤和本文中取巧继承Date的方法一模一样，不同的是ES6是语言底层的做法，有它的底层优化之处，而本文中的直接修改_proto_容易影响性能。

ES6中在super中构建this的好处？

因为ES6中允许我们继承内置的类，如Date，Array，Error等。如果this先被创建出来，在传给Array等系统内置类的构造函数，这些内置类的构造函数是不认这个this的。所以需要现在super中构建出来，这样才能有着super中关键的 [[Class]]标志，才能被允许调用。（否则就算继承了，也无法调用这些内置类的方法）

构造函数与实例对象

看到这里，不知道是否对上午中频繁提到的构造函数，实例对象有所混淆与困惑呢？这里稍微描述下。

要弄懂这一点，需要先知道 new一个对象到底发生了什么？先形象点说：

new MyClass()中，都做了些什么工作

functionMyClass() {
this.abc = 1;
}
MyClass.prototype.print = function() {
console.log('this.abc:'+this.abc);
};
let instance = newMyClass();

譬如，上述就是一个标准的实例对象生成，都发生了什么呢？

步骤简述如下：（参考MDN，还有部分关于底层的描述略去-如[[Class]]标识位等）

构造函数内部，创建一个新的对象，它继承自 MyClass.prototype， letinstance=Object.create(MyClass.prototype);
使用指定的参数调用构造函数 MyClass，并将 this绑定到新创建的对象， MyClass.call(instance);，执行后拥有所有实例属性
如果构造函数返回了一个“对象”，那么这个对象会取代整个 new出来的结果。如果构造函数没有返回对象，那么new出来的结果为步骤1创建的对象。（一般情况下构造函数不返回任何值，不过用户如果想覆盖这个返回值，可以自己选择返回一个普通对象来覆盖。当然，返回数组也会覆盖，因为数组也是对象。）

结合上述的描述，大概可以还原成以下代码（简单还原，不考虑各种其它逻辑）：

let instance = Object.create(MyClass.prototype);
let innerConstructReturn = MyClass.call(instance);
let innerConstructReturnIsObj =typeofinnerConstructReturn ==='object'||typeofinnerConstructReturn ==='function';
returninnerConstructReturnIsObj ? innerConstructReturn : instance;

注意?：普通的函数构建，可以简单的认为就是上述步骤。实际上对于一些内置类（如Date等），并没有这么简单，还有一些自己的隐藏逻辑，譬如 [[Class]]标识位等一些重要私有属性。譬如可以在MDN上看到，以常规函数调用Date（即不加 new 操作符）将会返回一个字符串，而不是一个日期对象，如果这样模拟的话会无效。

觉得看起来比较繁琐？可以看下图梳理：

那现在再回头看看。

什么是构造函数？

如上述中的 MyClass就是一个构造函数，在内部它构造出了 instance对象。

什么是实例对象？

instance就是一个实例对象，它是通过 new出来的？

实例与构造的关系

有时候浅显点，可以认为构造函数是xxx就是xxx的实例。即：

let instance = newMyClass();

此时我们就可以认为 instance是 MyClass的实例，因为它的构造函数就是它。

实例就一定是由对应的构造函数构造出的么？

不一定，我们那ES5黑魔法来做示例。

functionMyDate() {
// bind属于Function.prototype，接收的参数是：object, param1, params2...
vardateInst =new(Function.prototype.bind.apply(Date, [Date].concat(Array.prototype.slice.call(arguments))))();
// 更改原型指向，否则无法调用MyDate原型上的方法
// ES6方案中，这里就是[[prototype]]这个隐式原型对象，在没有标准以前就是__proto__
Object.setPrototypeOf(dateInst,MyDate.prototype);
dateInst.abc = 1;
returndateInst;
}

我们可以看到 instance的最终指向的原型是 MyDate.prototype，而 MyDate.prototype的构造函数是 MyDate，因此可以认为 instance是 MyDate的实例。

但是，实际上， instance却是由 Date构造的，我们可以继续用 ES6中的 new.target来验证。

注意?：关于 new.target， MDN中的定义是：new.target返回一个指向构造方法或函数的引用。

嗯哼，也就是说，返回的是构造函数。

我们可以在相应的构造中测试打印：

classMyDateextendsDate{
constructor() {
super();
this.abc = 1;
console.log('~~~new.target.name:MyDate~~~~');
console.log(new.target.name);
}
}
// new操作时的打印结果是：
// ~~~new.target.name:MyDate~~~~
// MyDate

然后，可以在上面的示例中看到，就算是ES6的Class继承， MyDate构造中打印 new.target也显示 MyDate，但实际上它是由 Date来构造（有着 Date关键的 [[Class]]标志，因为如果不是Date构造（如没有标志）是无法调用Date的方法的）。

这也算是一次小小的勘误吧。

所以，实际上用 new.target是无法判断实例对象到底是由哪一个构造构造的（这里指的是判断底层真正的 [[Class]]标志来源的构造）。

再回到结论：实例对象不一定就是由它的原型上的构造函数构造的，有可能构造函数内部有着寄生等逻辑，偷偷的用另一个函数来构造了下，当然，简单情况下，我们直接说实例对象由对应构造函数构造也没错（不过，在涉及到这种Date之类的分析时，我们还是得明白）。

[[Class]]与Internal slot

这一部分为补充内容。

前文中一直提到一个概念：Date内部的 [[Class]]标识。

其实，严格来说，不能这样泛而称之（前文中只是用这个概念是为了降低复杂度，便于理解），它可以分为以下两部分：

在ES5中，每种内置对象都定义了 [[Class]] 内部属性的值，[[Class]] 内部属性的值用于内部区分对象的种类

Object.prototype.toString访问的就是这个[[Class]]
规范中除了通过 Object.prototype.toString，没有提供任何手段使程序访问此值。
而且Object.prototype.toString输出无法被修改

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 对应于与对象相关联并由各种ECMAScript规范算法使用的内部状态，它们没有对象属性，也不能被继承
根据具体的 Internal slot 规范，这种状态可以由任何ECMAScript语言类型或特定ECMAScript规范类型值的值组成
通过 Object.prototype.toString，仍然可以输出Internal slot值
简单点理解（简化理解），Object.prototype.toString的流程是：如果是基本数据类型（除去Object以外的几大类型），则返回原本的slot，如果是Object类型（包括内置对象以及自己写的对象），则调用 Symbol.toStringTag。 Symbol.toStringTag方法的默认实现就是返回对象的Internal slot，这个方法可以被重写

这两点是有所差异的，需要区分（不过简单点可以统一理解为内置对象内部都有一个特殊标识，用来区分对应类型-不符合类型就不给调用）。

JS内置对象是这些：

Arguments,Array,Boolean,Date,Error,Function,JSON,Math,Number,Object,RegExp,String

ES6新增的一些，这里未提到：（如Promise对象可以输出 [objectPromise]），而前文中提到的：

Object.defineProperty(date,Symbol.toStringTag, {
get:function() {
returnDate;
}
});

它的作用是重写Symbol.toStringTag，截取date（虽然是内置对象，但是仍然属于Object）的 Object.prototype.toString的输出，让这个对象输出自己修改后的 [objectDate]。

但是，仅仅是做到输出的时候变成了Date，实际上内部的 internalslot值并没有被改变，因此仍然不被认为是Date。

如何快速判断是否继承？

其实，在判断继承时，没有那么多的技巧，就只有关键的一点： [[prototype]]（ __ptoto__）的指向关系。

譬如：

console.log(instanceinstanceofSubClass);
console.log(instanceinstanceofSuperClass);

实质上就是：

SubClass.prototype是否出现在 instance的原型链上
SuperClass.prototype是否出现在 instance的原型链上

然后，对照本文中列举的一些图，一目了然就可以看清关系。有时候，完全没有必要弄的太复杂。

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