深入 JavaScript 原型继承原理——babel 编译码解读

栏目: JavaScript · 发布时间: 6年前

内容简介:在上一篇文章中,我们提到 ES6 的原文链接:Github:

在上一篇文章中,我们提到 ES6 的 class 语法糖是个近乎完美的方案,并且讲解了实现继承的许多内部机制,如 prototype / __proto__ / constructor 等等。这篇,我们就以实际的 babel 代码为例子,来验证上节所言不虚。此外,本文还解释了 React 组件中你需要 bind 一下类方法的原理所在。

原文链接: blog.linesh.tw/#/post/2018…

Github: github.com/linesh-simp…

目录

class
class

无继承——简单的 class + 字段声明

先来看个最简单的例子,我们仅仅使用了 class 关键字并定义了一个变量:

class Animal {
  constructor(name) {
    this.name = name || 'Kat'
  }
}
复制代码

最后babel 编译出来的代码如下。这里笔者用的是 Babel 6 的稳定版 6.26,不同版本编译出来可能有差异,但不至于有大的结构变动。

'use strict'

function _classCallCheck(instance, Constructor) {
  if (!(instance instanceof Constructor)) {
    throw new TypeError('Cannot call a class as a function')
  }
}

var Animal = function Animal(name) {
  _classCallCheck(this, Animal)

  this.name = name || 'Kat'
}
复制代码

确实十分简单,对吧。这段代码值得留意的点有两个:

一个是,使用 class 声明的 Animal 最后其实是被编译为一个函数。证明 class 跟类没关系,只是个语法糖。

另一个地方是,编译器帮我们插入了一个 _classCallCheck 函数调用,它会检查你有没有用 new Animal() 操作符来初始化这个函数。若有,则 this 会是被实例化的 Animal 对象,自然能通过 animal instanceof Animal 检查;若是直接调用函数, this 会被初始化为全局对象,自然不会是 Animal 实例,从而抛出运行时错误。这个检查,正解决了上一篇文章提到的问题:如果忘记使用 new 去调用一个被设计构造函数的函数,没有任何运行时错误的毛病。

无继承——简单的 class + 方法声明

让我们再扩展一下例子,给它加两个方法。

class Animal {
  constructor(name) {
    this.name = name || 'Kat'
  }

  move() {}
  getName() {
    return this.name
  }
}
复制代码
'use strict'

var _createClass = (function() {
  function defineProperties(target, props) {
    for (var i = 0; i < props.length; i++) {
      var descriptor = props[i]
      descriptor.enumerable = descriptor.enumerable || false
      descriptor.configurable = true
      if ('value' in descriptor) descriptor.writable = true
      Object.defineProperty(target, descriptor.key, descriptor)
    }
  }
  return function(Constructor, protoProps, staticProps) {
    if (protoProps) defineProperties(Constructor.prototype, protoProps)
    if (staticProps) defineProperties(Constructor, staticProps)
    return Constructor
  }
})()

function _classCallCheck(instance, Constructor) {
  if (!(instance instanceof Constructor)) {
    throw new TypeError('Cannot call a class as a function')
  }
}

var Animal = (function() {
  function Animal(name) {
    _classCallCheck(this, Animal)

    this.name = name || 'Kat'
  }

  _createClass(Animal, [
    {
      key: 'move',
      value: function move() {},
    },
    {
      key: 'getName',
      value: function getName() {
        return this.name
      },
    },
  ])

  return Animal
})()
复制代码

例子长了不少,但其实主要的变化只有两个:一是 Animal 被包了一层而不是直接返回;二是新增的方法 movegetName 是通过一个 _createClass() 方法来实现的。它将两个方法以 key / value 的形式作为数组传入,看起来,是要把它们设置到 Animal 的原型链上面,以便后续继承之用。

为啥 Animal 被包了一层呢,这是个好问题,但答案我们将留到后文揭晓。现在,我们先看一下这个长长的 _createClass 实现是什么:

var _createClass = (function() {
  function defineProperties(target, props) {
    for (var i = 0; i < props.length; i++) {
      var descriptor = props[i]
      descriptor.enumerable = descriptor.enumerable || false
      descriptor.configurable = true
      if ('value' in descriptor) descriptor.writable = true
      Object.defineProperty(target, descriptor.key, descriptor)
    }
  }

  return function(Constructor, protoProps, staticProps) {
    if (protoProps) defineProperties(Constructor.prototype, protoProps)
    if (staticProps) defineProperties(Constructor, staticProps)
    return Constructor
  }
})()
复制代码

它是个立即执行函数,执行又返回了另一个函数。说明啥,一定用了闭包,说明里面要封装些「私有」变量,那就是 defineProperties 这个函数。这很好,一是这个函数只会生成一次,二是明确了这个函数只与 _createClass 这个事情相关。

再细看这个返回的函数,接受 ConstructorprotoPropsstaticProps 三个参数。 staticProps 我们暂时不会用到,回头再讲;我们传入的数组是通过 protoProps 接受的。接下来,看一下 defineProperties 做了啥事。

它将每一个传进来的 props 做了如下处理:分别设置了他们的 enumerableconfigurablewritable 属性。而传进来的 targetAnimal.prototype ,相当于,这个函数最后的执行效果会是这样:

function defineProperties(target, props) {
  for (var i = 0; i < props.length; i++) {
    // 前面处理其实得到这样这个 descriptor 对象:
    var descriptor = {
      ...props[i],
      enumerable: false,
      configurable: true,
      writable: true,
    }
    Object.defineProperty(target, descriptor.key, descriptor)
  }
}
复制代码

看到这里就很明白了,它就是把你定义的 movegetName 方法通过 Object.defineProperty 方法设置到 Animal.prototype 上去。前面我们说过, prototype 是用来存储公共属性的。也就是说,这两个方法在你使用继承的时候,可以被子对象通过原型链上溯访问到。也就是说,我们这个小小的例子里,声明的两个方法已经具备了继承能力了。

至于 enumerableconfigurablewritable 属性是什么东西呢,查一下语言规范就知道了。简单来说, writablefalse 时,其值不能通过 setter 改变; enumerablefalse 时,不能出现在 for-in 循环中。当然,这里是粗浅的理解,暂时不是这篇文章的重点。

简单继承——一层继承 + 字段覆盖

class Animal {
  constructor(name) {
    this.name = name || 'Kat'
  }
}

class Tiger extends Animal {
  constructor(name, type) {
    super(name)
    this.type = type || 'Paper'
  }
}
复制代码

加一层继承和字段覆盖能看到啥东西呢?能看到继承底下的实现机制是怎么样的,以及它的 constructor__proto__ 属性将如何被正确设置。带着这两个问题,我们一起来看下编译后的源码:

'use strict'

function _possibleConstructorReturn(self, call) {
  if (!self) {
    throw new ReferenceError(
      "this hasn't been initialised - super() hasn't been called"
    )
  }
  return call && (typeof call === 'object' || typeof call === 'function')
    ? call
    : self
}

function _inherits(subClass, superClass) {
  if (typeof superClass !== 'function' && superClass !== null) {
    throw new TypeError(
      'Super expression must either be null or a function, not ' +
        typeof superClass
    )
  }
  subClass.prototype = Object.create(superClass && superClass.prototype, {
    constructor: {
      value: subClass,
      enumerable: false,
      writable: true,
      configurable: true,
    },
  })
  if (superClass)
    Object.setPrototypeOf
      ? Object.setPrototypeOf(subClass, superClass)
      : (subClass.__proto__ = superClass)
}

function _classCallCheck(instance, Constructor) {
  if (!(instance instanceof Constructor)) {
    throw new TypeError('Cannot call a class as a function')
  }
}

var Animal = function Animal(name) {
  _classCallCheck(this, Animal)

  this.name = name || 'Kat'
}

var Tiger = (function(_Animal) {
  _inherits(Tiger, _Animal)

  function Tiger(name, type) {
    _classCallCheck(this, Tiger)

    var _this = _possibleConstructorReturn(
      this,
      (Tiger.__proto__ || Object.getPrototypeOf(Tiger)).call(this, name)
    )

    _this.type = type || 'Paper'
    return _this
  }

  return Tiger
})(Animal)
复制代码

相比无继承的代码,这里主要增加了几个函数。 _possibleConstructorReturn 顾名思义,可能不是很重要,回头再读。精华在 _inherits(Tiger, Animal) 这个函数,我们按顺序来读一下。首先是一段异常处理,简单地检查了 superClass 要么是个函数,要么得是个 null。也就是说,如果你这样写那是不行的:

const Something = 'not-a-function'
class Animal extends Something {}
// Error: Super expression must either be null or a function, not string
复制代码

接下来这句代码将 prototypeconstructor 一并设置到位,是精华。注意,这个地方留个问题:为什么要用 Object.create(superClass.prototype) ,而不是直接这么写:

function _inherits(subClass, superClass) {
  subClass.prototype = superClass && superClass.prototype
  subClass.prototype.constructor = { ... }
}
复制代码

很明显,是为了避免任何对 subClass.prototype 的修改影响到 superClass.prototype 。使用 Object.create(asPrototype) 出来的对象,其实上是将 subClass.prototype.__proto__ = superClass.prototype ,这样 subClass 也就继承了 superClass ,可以达到这样两个目的:

  1. 当查找到 subClass 上没有的属性时,会自动往 superClass 上找;这样 superClass.prototype 原型上发生的修改都能实时反映到 subClass
  2. subClass.prototype 本身是个新的对象,可以存放 subClass 自己的属性,这样 subClass.prototype 上的任何修改不会影响到 superClass.prototype

最后,如果 superClass 不为空,那么将 subClass.__proto__ 设置为 superClass 。这点我并不是很理解。

至此,一个简单的继承就完成了。在使用了 extends 关键字后,实际上背后发生的事情是:

  • 子「类」 prototype 上的 __proto__ 被正确设置,指向父「类」的 prototype : subClass.prototype = { __proto__: superClass.prototype }
  • 子「类」 prototype 上的 constructor 被正确初始化,这样 instanceof 关系能得到正确结果

好,要点看完了。后面内容跟继承关系不大,但既然源码扒都扒了,我们不妨继续深入探索一些场景:

无继承——静态函数

看一个简单的代码:

class Animal {
  static create() {
    return new Animal()
  }
}
复制代码

首先要知道,这个「静态」同样不是强类型类继承语言里有的「静态」的概念。所谓静态,就是说它跟实例是没关系的,而跟「类」本身有关系。比如,你可以这样调用: Animal.create() ,但不能这样用: new Animal().create 。什么场景下会用到这种模式呢?比如说:

  • 工厂模式或单例模式
  • Object.createObject.keys 等常用方法

既然只有通过构造函数本身去调用,而不能通过实例来调用,期望它们被绑定到函数本身上似乎很自然。我们来看看上面这段代码将被如何编译:

'use strict'

var _createClass = (function() {
  function defineProperties(target, props) {
    for (var i = 0; i < props.length; i++) {
      var descriptor = props[i]
      descriptor.enumerable = descriptor.enumerable || false
      descriptor.configurable = true
      if ('value' in descriptor) descriptor.writable = true
      Object.defineProperty(target, descriptor.key, descriptor)
    }
  }
  return function(Constructor, protoProps, staticProps) {
    if (protoProps) defineProperties(Constructor.prototype, protoProps)
    if (staticProps) defineProperties(Constructor, staticProps)
    return Constructor
  }
})()

function _classCallCheck(instance, Constructor) {
  if (!(instance instanceof Constructor)) {
    throw new TypeError('Cannot call a class as a function')
  }
}

var Animal = (function() {
  function Animal() {
    _classCallCheck(this, Animal)
  }

  _createClass(Animal, null, [
    {
      key: 'create',
      value: function create() {},
    },
  ])

  return Animal
})()
复制代码

熟悉的函数,熟悉的配方。与本文的第二个例子相比,仅有一个地方的不同: create 方法是作为 _createClass 方法的第三个参数被传入的,这正是我们上文提到的 staticProps 参数:

var _createClass = (function() {
  function defineProperties(target, props) { ... }

  return function(Constructor, protoProps, staticProps) {
    if (protoProps) defineProperties(Constructor.prototype, protoProps)
    if (staticProps) defineProperties(Constructor, staticProps)
    return Constructor
  }
})()

_createClass(Animal, null, [
  {
    key: 'create',
    value: function create() {},
  },
])
复制代码

可以看见, create 方法是直接被创建到 Animal 上的: defineProperties(Animal, [{ key: 'create', value: function() {} }]) ,最终会将函数赋给 Animal.create 。我们的猜测并没有错误。

无继承——静态变量

class Tiger {
  static TYPE = 'REAL'
}
复制代码

还有个小例子。如果是静态变量的话,同样因为不希望在实例对象上所使用,我们会看到编译出来的代码中它是直接被设置到函数上。代码已经很熟悉,不必再讲。

'use strict'

function _classCallCheck(instance, Constructor) {
  if (!(instance instanceof Constructor)) {
    throw new TypeError('Cannot call a class as a function')
  }
}

var Tiger = function Tiger() {
  _classCallCheck(this, Tiger)
}

Tiger.TYPE = 'REAL'
复制代码

有趣的是,静态变量会不会被「子类」继承呢?这个可请读者自己做个实验,验证验证。

神秘的类 arrow function

写 React 的东西,一定遇见过这个问题:

class Button extends React.Component {
  constructor() {
    super()
    this.state = {
      isToggleOn: true,
    }
    // 画重点 :point_down::point_down::point_down::point_down::point_down::point_down::point_down::point_down::point_down::point_down::point_down::point_down:
    this.toggleButton = this.toggleButton.bind(this)
  }

  static propTypes = {
    text: PropTypes.string,
  }

  // :x::x::x: Uncaught TypeError: this.setState is not a function
  toggleButton() {
    this.setState({
      isToggleOn: !this.state.isToggleOn,
    })
  }

  render() {
    return <button onClick={this.toggleButton}>Toggle Me</button>
  }
}
复制代码

为什么会有这个问题呢?因为你扔进去的 this.toggleButton 函数,在 button 内部一定是通过 onClick() 这样的方式来调用的,这样的话, this 引用就会丢失为 undefined ,那么 React.Component 上的 setState 就调用不到。

可以直接去 React 官方示例看看: codepen.io/gaearon/pen…

class Button extends React.Component {
  ...

  // :white_check_mark::white_check_mark::white_check_mark: This will work!
  toggleButton = () => {
    this.setState({ ... })
  }

  ...
}
复制代码

解决方案呢,自然也有很多种,比如引用 @autobind 、使用 ES7 的 ::this.toggleButton 、使用箭头函数等。比如上面 :point_up_2: 这种最常用的解决方案。那么同学们有没有想过这个问题,为什么这样写 this 应用就可以正确拿到呢?「因为箭头函数将 this 绑定到词法作用域的上下文中了呀~」那谁来给我解释一下这句话呢?反正我是从来没理解过这个「外层」的作用域,应该是绑定到哪里。因此,只好另辟路径,直接看源码来理解这个写法的含义。

我写了个简单的例子,足以复现这个问题:

class Button {
  constructor() {
    this.value = 1
  }

  increment = () => {
    this.value += 2
  }

  render() {
    const onClick = this.increment
    onClick()
  }
}
复制代码

当我们调用 render() 时, increment() 这样的调用方式会使 this 引用无法被初始化,这也正是我们传入的 onClick 在 React 中会被调用的方式。而上图的 increment 写法可以重新拯救失去的 this 引用!让我们来看看源代码,一探究竟。

'use strict'

var _createClass = (function() {})()
function _classCallCheck(instance, Constructor) {}

var Button = (function() {
  function Button() {
    var _this = this

    _classCallCheck(this, Button)

    this.increment = function() {
      _this.value += 2
    }

    this.value = 1
  }

  _createClass(Button, [
    {
      key: 'render',
      value: function render() {
        var increment = this.increment
        increment()
      },
    },
  ])

  return Button
})()
复制代码

我略去了大家耳熟能详的代码,只留下关键的部分。可以看到,编译后的代码中, Button 实例的 this 引用被闭包保存了下来 !这种写法,与以前我们 var that = this 的写法是一致的,我也终于理解「不再需要 that 引用了」以及各种语焉不详的作用域啊最外层变量啊这些理论。其实,就是 this 引用会始终被绑定到构造函数上,而这底下是通过闭包实现的。只是把你以前手写的代码自动化生成而已。

在本文的第二个例子中,我们留意到 Animal() 构造函数被额外包了一层,当时不得其解。看到这里,我们也许可以理解它的意图:就是为了将你在类中编写的箭头函数做个闭包,将 this 引用存储下来,以做后用。


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