JavaScript 七大继承全解析

JavaScript 七大继承全解析

继承作为基本功和面试必考点,必须要熟练掌握才行。小公司可能仅仅让你手写继承(一般写 `寄生组合式继承` 即可),大厂就得要求你全面分析各个继承的优缺点了。这篇文章深入浅出,让你全面了解 JavaScript 继承及其优缺点,以在寒冬中立于不败之地。

原型链继承

上一篇文章《从感性角度谈原型 / 原型链》介绍了什么是原型和原型链。我们简单回忆一下构造函数、原型、原型链之间的关系:每个构造函数有一个 prototype 属性,它指向原型对象,而原型对象都有一个指向构造函数的指针 constructor,实例对象都包含指向原型对象的内部指针 [[prototype]]。如果我们让原型对象等于另一个构造函数的实例,那么此原型对象就会包含一个指向另一个原型的指针。这样一层一层,逐级向上,就形成了原型链。

根据上面的介绍,我们可以写出 原型链继承

function Vehicle(powerSource) {
  this.powerSource = powerSource;
  this.components = ['座椅', '轮子'];
}

Vehicle.prototype.run = function() {
  console.log('running~');
};

function Car(wheelNumber) {
  this.wheelNumber = wheelNumber;
}

Car.prototype.playMusic = function() {
  console.log('sing~');
};

// 将父构造函数的实例赋值给子构造函数的原型
Car.prototype = new Vehicle();

const car1 = new Car(4);

上面这个例子中,首先定义一个叫做 交通工具 的构造函数,它有两个属性分别是是 驱动方式组成部分,还有一个原型方法是 ;接下来定义叫做 汽车 的构造函数,它有 轮胎数量 属性和 播放音乐 方法。我们将 Vehicle 的实例赋值给 Car 的原型,并创建一个名叫 car1 的实例。

原型链继承

但是该方式有几个缺点:

  • 多个实例对引用类型的操作会被篡改

  • 子类型的原型上的 constructor 属性被重写了

  • 给子类型原型添加属性和方法必须在替换原型之后

  • 创建子类型实例时无法向父类型的构造函数传参

缺点 1

从上图可以看出,父类的实例属性被添加到了实例的原型中,当原型的属性为引用类型时,就会造成数据篡改。

我们新增一个实例叫做 car2,并给 car2.components 追加一个新元素。打印 car1,发现 car1.components 也发生了变化。这就是所谓多个实例对引用类型的操作会被篡改。

const car2 = new Car(8);

car2.components.push('灯具');

car2.components; // ['座椅', '轮子', '灯具']
car1.components; // ['座椅', '轮子', '灯具']

缺点 2

该方式导致 Car.prototype.constructor 被重写,它指向的是 Vehicle 而非 Car。因此你需要手动将 Car.prototype.constructor 指回 Car

Car.prototype = new Vehicle();
Car.prototype.constructor === Vehicle; // true

// 重写 Car.prototype 中的 constructor 属性,指向自己的构造函数 Car
Car.prototype.constructor = Car;

缺点 3

因为 Car.prototype = new Vehicle(); 重写了 Car 的原型对象,所以导致 playMusic 方法被覆盖掉了,因此给子类添加原型方法必须在替换原型之后。

function Car(wheelNumber) {
  this.wheelNumber = wheelNumber;
}

Car.prototype = new Vehicle();

// 给子类添加原型方法必须在替换原型之后
Car.prototype.playMusic = function() {
  console.log('sing~');
};

缺点 4

显然,创建 car 实例时无法向父类的构造函数传参,也就是无法初始化 powerSource 属性。

const car = new Car(4);

// 只能创建实例之后再修改父类的属性
car.powerSource = '汽油';

借用构造函数继承

该方法又叫 伪造对象经典继承。它的实质是 在创建子类实例时调用父类的构造函数

function Vehicle(powerSource) {
  this.powerSource = powerSource;
  this.components = ['座椅', '轮子'];
}

Vehicle.prototype.run = function() {
  console.log('running~');
};

function Car(wheelNumber) {
  this.wheelNumber = wheelNumber;

  // 继承父类属性并且可以传参
  Vehicle.call(this, '汽油');
}

Car.prototype.playMusic = function() {
  console.log('sing~');
};

const car = new Car(4);

借用构造函数继承

使用经典继承的好处是可以给父类传参,并且该方法不会重写子类的原型,故也不会损坏子类的原型方法。此外,由于每个实例都会将父类中的属性复制一份,所以也不会发生多个实例篡改引用类型的问题(因为父类的实例属性不在原型中了)。

然而缺点也是显而易见的,我们丝毫找不到 run 方法的影子,这是因为该方式只能继承父类的实例属性和方法,不能继承原型上的属性和方法。

回忆上一篇文章讲到的构造函数,为了将公有方法放到所有实例都能访问到的地方,我们一般将它们放到构造函数的原型中。而如果让 借用构造函数继承 运作下去,显然需要将 公有方法 写在构造函数里而非其原型,这在创建多个实例时势必造成浪费。

组合继承

组合继承吸收上面两种方式的优点,它使用原型链实现对原型方法的继承,并借用构造函数来实现对实例属性的继承。

function Vehicle(powerSource) {
  this.powerSource = powerSource;
  this.components = ['座椅', '轮子'];
}

Vehicle.prototype.run = function() {
  console.log('running~');
};

function Car(wheelNumber) {
  this.wheelNumber = wheelNumber;
  Vehicle.call(this, '汽油'); // 第二次调用父类
}

Car.prototype = new Vehicle(); // 第一次调用父类

// 修正构造函数的指向
Car.prototype.constructor = Car;

Car.prototype.playMusic = function() {
  console.log('sing~');
};

const car = new Car(4);

组合继承

虽然该方式能够成功继承到父类的属性和方法,但它却调用了两次父类。第一次调用父类的构造函数时,Car.prototype 会得到 powerSourcecomponents 两个属性;当调用 Car 构造函数生成实例时,又会调用一次 Vehicle 构造函数,此时会在这个实例上创建 powerSourcecomponents。根据原型链的规则,实例上的这两个属性会屏蔽原型链上的两个同名属性。

原型式继承

该方式通过借助原型,基于已有对象创建新的对象。

首先创建一个名为 object 的函数,然后在里面中创建一个空的函数 F,并将该函数的 prototype 指向传入的对象,最后返回该函数的实例。本质来讲,object() 对传入的对象做了一次 浅拷贝

function object(proto) {
  function F() {}
  F.prototype = proto;
  return new F();
}

const cat = {
  name: 'Lolita',
  friends: ['Yancey', 'Sayaka', 'Mitsuha'],
  say() {
    console.log(this.name);
  },
};

const cat1 = object(cat);

原型式继承

虽然这种方式很简洁,但仍然有一些问题。因为 原型式继承 相当于 浅拷贝,所以会导致 引用类型 被多个实例篡改。下面这个例子中,我们给 cat1.friends 追加一个元素,却导致 cat.friends 被篡改了。

cat1.friends.push('Hachi');

cat.friends; // ['Yancey', 'Sayaka', 'Mitsuha', 'Hachi']

如果你读过 Object.create() 的 polyfill,应该不会对上面的代码感到陌生。该方法规范了原型式继承,它接收两个参数:第一个参数传入用作新对象原型的对象,第二个参数传入属性描述符对象或 null。关于此 API 的详细文档可以点击 Object.create() | JavaScript API 全解析

const cat = {
  name: 'Lolita',
  friends: ['Yancey', 'Sayaka', 'Mitsuha'],
  say() {
    console.log(this.name);
  },
};

const cat1 = Object.create(cat, {
  name: {
    value: 'Kitty',
    writable: false,
    enumerable: true,
    configurable: false,
  },
  friends: {
    get() {
      return ['alone'];
    },
  },
});

寄生式继承

该方式创建一个仅用于封装继承过程的函数,该函数在内部以某种方式来增强对象,最后再像真的是它做了所有工作一样返回对象。

const cat = {
  name: 'Lolita',
  friends: ['Yancey', 'Sayaka', 'Mitsuha'],
  say() {
    console.log(this.name);
  },
};

function createAnother(original) {
  const clone = Object.create(original); // 获取源对象的副本

  clone.gender = 'female';

  clone.fly = function() {
    // 增强这个对象
    console.log('I can fly.');
  };

  return clone; // 返回这个对象
}

const cat1 = createAnother(cat);

寄生式继承

原型式继承 一样,该方式会导致 引用类型 被多个实例篡改,此外,fly 方法存在于 实例 而非 原型 中,因此 函数复用 无从谈起。

寄生组合式继承

上面我们谈到了 组合继承,它的缺点是会调用两次父类,因此父类的实例属性会在子类的实例和其原型上各自创建一份,这会导致实例属性屏蔽原型链上的同名属性。

好在我们有 寄生组合式继承,它本质上是通过 寄生式继承 来继承父类的原型,然后再将结果指定给子类的原型。这可以说是在 ES6 之前最好的继承方式了,面试写它没跑了。

function inheritPrototype(child, parent) {
  const prototype = Object.create(parent.prototype); // 创建父类原型的副本
  prototype.constructor = child; // 将副本的构造函数指向子类
  child.prototype = prototype; // 将该副本赋值给子类的原型
}

然后我们尝试写一个例子。

function Vehicle(powerSource) {
  this.powerSource = powerSource;
  this.components = ['座椅', '轮子'];
}

Vehicle.prototype.run = function() {
  console.log('running~');
};

function Car(wheelNumber) {
  this.wheelNumber = wheelNumber;
  Vehicle.call(this, '汽油');
}

inheritPrototype(Car, Vehicle);

Car.prototype.playMusic = function() {
  console.log('sing~');
};

寄生组合式继承

看上面这张图就知道为什么这是最好的方法了。它只调用了一次父类,因此避免了在子类的原型上创建多余的属性,并且原型链结构还能保持不变。

硬要说缺点的话,给子类型原型添加属性和方法仍要放在 inheritPrototype 函数之后。

ES6 继承

功利主义来讲,在 ES6 新增 class 语法之后,上述几种方法已沦为面试专用。当然 class 仅仅是一个语法糖,它的核心思想仍然是 寄生组合式继承,下面我们看一看怎样用 ES6 的语法实现一个继承。

class Vehicle {
  constructor(powerSource) {
    // 用 Object.assign() 会更加简洁
    Object.assign(
      this,
      { powerSource, components: ['座椅', '轮子'] },

      // 当然你完全可以用传统的方式
      // this.powerSource = powerSource;
      // this.components = ['座椅', '轮子'];
    );
  }

  run() {
    console.log('running~');
  }
}

class Car extends Vehicle {
  constructor(powerSource, wheelNumber) {
    // 只有 super 方法才能调用父类实例
    super(powerSource, wheelNumber);
    this.wheelNumber = wheelNumber;
  }

  playMusic() {
    console.log('sing~');
  }
}

const car = new Car('核动力', 3);

“类”继承

下面代码是继承的 polyfill,思路和 寄生组合式继承 一致。

function _inherits(subType, superType) {
  // 创建对象,创建父类原型的一个副本

  subType.prototype = Object.create(superType && superType.prototype, {
    // 增强对象,弥补因重写原型而失去的默认的constructor 属性
    constructor: {
      value: subType,
      enumerable: false,
      writable: true,
      configurable: true,
    },
  });
  if (superType) {
    // 指定对象,将新创建的对象赋值给子类的原型
    Object.setPrototypeOf
      ? Object.setPrototypeOf(subType, superType)
      : (subType.__proto__ = superType);
  }
}

ES5 和 ES6 继承的比较

ES5 是用构造函数创建类,因此会发生 函数提升;而 class 类似于 let 和 const,因此不能够先创建实例,再声明类,否则直接报错。

// Uncaught ReferenceError: Rectangle is not defined
let p = new Rectangle();

class Rectangle {}

ES5 的继承实质上是先创建子类的实例对象,然后再将父类的方法添加到 this 上,即 Parent.call(this).

ES6 的继承有所不同,实质上是先创建父类的实例对象 this,然后再用子类的构造函数修改 this。因为子类没有自己的 this 对象,所以必须先调用父类的 super()方法,否则新建实例报错。

最后

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参考

《JavaScript 高级程序设计 (第三版)》 —— Nicholas C. Zakas

[进阶 5-2 期] 图解原型链及其继承

JavaScript 常用八种继承方案

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