深入 JavaScript 原型繼承原理——babel 編譯碼解讀

Linesh發表於2018-10-22
JavaScript原型繼承Babel編譯

在上一篇文章中，我們提到 ES6 的 class 語法糖是個近乎完美的方案，並且講解了實現繼承的許多內部機制，如 prototype/__proto__/constructor 等等。這篇，我們就以實際的 babel 程式碼為例子，來驗證上節所言不虛。此外，本文還解釋了 React 元件中你需要 bind 一下類方法的原理所在。

原文連結：blog.linesh.tw/#/post/2018…

Github：github.com/linesh-simp…

目錄

  • 無繼承——簡單的 class + 欄位宣告
  • 無繼承——簡單的 class + 方法宣告
  • 簡單繼承——一層繼承 + 欄位覆蓋
  • 無繼承——靜態函式
  • 無繼承——靜態變數
  • 神祕的類 arrow function

無繼承——簡單的 class + 欄位宣告

先來看個最簡單的例子，我們僅僅使用了 class 關鍵字並定義了一個變數：

class Animal {
  constructor(name) {
    this.name = name || 'Kat'
  }
}
複製程式碼

最後 babel 編譯出來的程式碼如下。這裡筆者用的是 Babel 6 的穩定版 6.26，不同版本編譯出來可能有差異，但不至於有大的結構變動。

'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'
}
複製程式碼

確實十分簡單，對吧。這段程式碼值得留意的點有兩個：

一個是，使用 class 宣告的 Animal 最後其實是被編譯為一個函式。證明 class 跟類沒關係，只是個語法糖。

另一個地方是，編譯器幫我們插入了一個 _classCallCheck 函式呼叫，它會檢查你有沒有用 new Animal() 操作符來初始化這個函式。若有，則 this 會是被例項化的 Animal 物件，自然能通過 animal instanceof Animal 檢查；若是直接呼叫函式，this 會被初始化為全域性物件，自然不會是 Animal 例項，從而丟擲執行時錯誤。這個檢查，正解決了上一篇文章提到的問題：如果忘記使用 new 去呼叫一個被設計建構函式的函式，沒有任何執行時錯誤的毛病。

無繼承——簡單的 class + 方法宣告

讓我們再擴充套件一下例子，給它加兩個方法。

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

  move() {}
  getName() {
    return this.name
  }
}
複製程式碼
'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
})()
複製程式碼

例子長了不少，但其實主要的變化只有兩個：一是 Animal 被包了一層而不是直接返回；二是新增的方法 move 和 getName 是通過一個 _createClass() 方法來實現的。它將兩個方法以 key/value 的形式作為陣列傳入，看起來，是要把它們設定到 Animal 的原型鏈上面，以便後續繼承之用。

為啥 Animal 被包了一層呢，這是個好問題，但答案我們將留到後文揭曉。現在，我們先看一下這個長長的 _createClass 實現是什麼：

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
  }
})()
複製程式碼

它是個立即執行函式，執行又返回了另一個函式。說明啥，一定用了閉包，說明裡面要封裝些「私有」變數，那就是 defineProperties 這個函式。這很好，一是這個函式只會生成一次，二是明確了這個函式只與 _createClass 這個事情相關。

再細看這個返回的函式，接受 Constructor、protoProps 和 staticProps 三個引數。staticProps 我們暫時不會用到，回頭再講；我們傳入的陣列是通過 protoProps 接受的。接下來，看一下 defineProperties 做了啥事。

它將每一個傳進來的 props 做了如下處理：分別設定了他們的 enumerable、configurable、writable 屬性。而傳進來的 target 是 Animal.prototype，相當於，這個函式最後的執行效果會是這樣：

function defineProperties(target, props) {
  for (var i = 0; i < props.length; i++) {
    // 前面處理其實得到這樣這個 descriptor 物件：
    var descriptor = {
      ...props[i],
      enumerable: false,
      configurable: true,
      writable: true,
    }
    Object.defineProperty(target, descriptor.key, descriptor)
  }
}
複製程式碼

看到這裡就很明白了，它就是把你定義的 move、getName 方法通過 Object.defineProperty 方法設定到 Animal.prototype 上去。前面我們說過，prototype 是用來儲存公共屬性的。也就是說，這兩個方法在你使用繼承的時候，可以被子物件通過原型鏈上溯訪問到。也就是說，我們這個小小的例子裡，宣告的兩個方法已經具備了繼承能力了。

至於 enumerable、configurable、writable 屬性是什麼東西呢，查一下語言規範就知道了。簡單來說，writable 為 false 時，其值不能通過 setter 改變；enumerable 為 false 時，不能出現在 for-in 迴圈中。當然，這裡是粗淺的理解，暫時不是這篇文章的重點。

簡單繼承——一層繼承 + 欄位覆蓋

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

class Tiger extends Animal {
  constructor(name, type) {
    super(name)
    this.type = type || 'Paper'
  }
}
複製程式碼

加一層繼承和欄位覆蓋能看到啥東西呢？能看到繼承底下的實現機制是怎麼樣的，以及它的 constructor 和 __proto__ 屬性將如何被正確設定。帶著這兩個問題，我們一起來看下編譯後的原始碼：

'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)
複製程式碼

相比無繼承的程式碼，這裡主要增加了幾個函式。_possibleConstructorReturn 顧名思義，可能不是很重要，回頭再讀。精華在 _inherits(Tiger, Animal) 這個函式，我們按順序來讀一下。首先是一段異常處理，簡單地檢查了 superClass 要麼是個函式，要麼得是個 null。也就是說，如果你這樣寫那是不行的：

const Something = 'not-a-function'
class Animal extends Something {}
// Error: Super expression must either be null or a function, not string
複製程式碼

接下來這句程式碼將 prototype 和 constructor 一併設定到位，是精華。注意，這個地方留個問題：為什麼要用 Object.create(superClass.prototype)，而不是直接這麼寫：

function _inherits(subClass, superClass) {
  subClass.prototype = superClass && superClass.prototype
  subClass.prototype.constructor = { ... }
}
複製程式碼

很明顯，是為了避免任何對 subClass.prototype 的修改影響到 superClass.prototype。使用 Object.create(asPrototype) 出來的物件，其實上是將 subClass.prototype.__proto__ = superClass.prototype，這樣 subClass 也就繼承了 superClass，可以達到這樣兩個目的：

  1. 當查詢到 subClass 上沒有的屬性時，會自動往 superClass 上找；這樣 superClass.prototype 原型上發生的修改都能實時反映到 subClass 上
  2. subClass.prototype 本身是個新的物件，可以存放 subClass 自己的屬性，這樣 subClass.prototype 上的任何修改不會影響到 superClass.prototype

最後，如果 superClass 不為空，那麼將 subClass.__proto__ 設定為 superClass。這點我並不是很理解。

至此，一個簡單的繼承就完成了。在使用了 extends 關鍵字後，實際上背後發生的事情是：

  • 子「類」prototype 上的 __proto__ 被正確設定，指向父「類」的 prototype: subClass.prototype = { __proto__: superClass.prototype }
  • 子「類」prototype 上的 constructor 被正確初始化，這樣 instanceof 關係能得到正確結果

好，要點看完了。後面內容跟繼承關係不大，但既然原始碼扒都扒了，我們不妨繼續深入探索一些場景：

無繼承——靜態函式

看一個簡單的程式碼：

class Animal {
  static create() {
    return new Animal()
  }
}
複製程式碼

首先要知道，這個「靜態」同樣不是強型別類繼承語言裡有的「靜態」的概念。所謂靜態，就是說它跟例項是沒關係的，而跟「類」本身有關係。比如，你可以這樣呼叫：Animal.create()，但不能這樣用：new Animal().create。什麼場景下會用到這種模式呢？比如說：

  • 工廠模式或單例模式
  • Object.create、Object.keys 等常用方法

既然只有通過建構函式本身去呼叫，而不能通過例項來呼叫，期望它們被繫結到函式本身上似乎很自然。我們來看看上面這段程式碼將被如何編譯：

'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
})()
複製程式碼

熟悉的函式，熟悉的配方。與本文的第二個例子相比，僅有一個地方的不同：create 方法是作為 _createClass 方法的第三個引數被傳入的，這正是我們上文提到的 staticProps 引數：

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() {},
  },
])
複製程式碼

可以看見，create 方法是直接被建立到 Animal 上的：defineProperties(Animal, [{ key: 'create', value: function() {} }])，最終會將函式賦給 Animal.create。我們的猜測並沒有錯誤。

無繼承——靜態變數

class Tiger {
  static TYPE = 'REAL'
}
複製程式碼

還有個小例子。如果是靜態變數的話，同樣因為不希望在例項物件上所使用，我們會看到編譯出來的程式碼中它是直接被設定到函式上。程式碼已經很熟悉，不必再講。

'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'
複製程式碼

有趣的是，靜態變數會不會被「子類」繼承呢？這個可請讀者自己做個實驗，驗證驗證。

神祕的類 arrow function

寫 React 的東西，一定遇見過這個問題：

class Button extends React.Component {
  constructor() {
    super()
    this.state = {
      isToggleOn: true,
    }
    // 畫重點 ????????????
    this.toggleButton = this.toggleButton.bind(this)
  }

  static propTypes = {
    text: PropTypes.string,
  }

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

  render() {
    return <button onClick={this.toggleButton}>Toggle Me</button>
  }
}
複製程式碼

為什麼會有這個問題呢？因為你扔進去的 this.toggleButton 函式，在 button 內部一定是通過 onClick() 這樣的方式來呼叫的，這樣的話，this 引用就會丟失為 undefined，那麼 React.Component 上的 setState 就呼叫不到。

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

class Button extends React.Component {
  ...

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

  ...
}
複製程式碼

解決方案呢，自然也有很多種，比如引用 @autobind、使用 ES7 的 ::this.toggleButton、使用箭頭函式等。比如上面 ? 這種最常用的解決方案。那麼同學們有沒有想過這個問題，為什麼這樣寫 this 應用就可以正確拿到呢？「因為箭頭函式將 this 繫結到詞法作用域的上下文中了呀~」那誰來給我解釋一下這句話呢？反正我是從來沒理解過這個「外層」的作用域，應該是繫結到哪裡。因此，只好另闢路徑，直接看原始碼來理解這個寫法的含義。

我寫了個簡單的例子，足以復現這個問題：

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

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

  render() {
    const onClick = this.increment
    onClick()
  }
}
複製程式碼

當我們呼叫 render() 時，increment() 這樣的呼叫方式會使 this 引用無法被初始化，這也正是我們傳入的 onClick 在 React 中會被呼叫的方式。而上圖的 increment 寫法可以重新拯救失去的 this 引用！讓我們來看看原始碼，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
})()
複製程式碼

我略去了大家耳熟能詳的程式碼，只留下關鍵的部分。可以看到，編譯後的程式碼中，對 Button 例項的 this 引用被閉包儲存了下來！這種寫法，與以前我們 var that = this 的寫法是一致的，我也終於理解「不再需要 that 引用了」以及各種語焉不詳的作用域啊最外層變數啊這些理論。其實，就是 this 引用會始終被繫結到建構函式上，而這底下是通過閉包實現的。只是把你以前手寫的程式碼自動化生成而已。

在本文的第二個例子中，我們留意到 Animal() 建構函式被額外包了一層，當時不得其解。看到這裡，我們也許可以理解它的意圖：就是為了將你在類中編寫的箭頭函式做個閉包，將 this 引用儲存下來，以做後用。

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