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阮一峰 · 更新于 2018-11-28 11:00:43

Class和Module

Class基本语法

(1)概述

JavaScript语言的传统方法是通过构造函数,定义并生成新对象。下面是一个例子。

function Point(x,y){
  this.x = x;
  this.y = y;
}

Point.prototype.toString = function () {
  return '('+this.x+', '+this.y+')';
}

上面这种写法跟传统的面向对象语言(比如C++和Java)差异很大,很容易让新学习这门语言的程序员感到困惑。

ES6提供了更接近传统语言的写法,引入了Class(类)这个概念,作为对象的模板。通过class关键字,可以定义类。基本上,ES6的class可以看作只是一个语法糖,它的绝大部分功能,ES5都可以做到,新的class写法只是让对象原型的写法更加清晰、更像面向对象编程的语法而已。上面的代码用ES6的“类”改写,就是下面这样。

//定义类
class Point {

  constructor(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }

  toString() {
    return '('+this.x+', '+this.y+')';
  }

}

上面代码定义了一个“类”,可以看到里面有一个constructor方法,这就是构造方法,而this关键字则代表实例对象。也就是说,ES5的构造函数Point,对应ES6的Point类的构造方法。

Point类除了构造方法,还定义了一个toString方法。注意,定义“类”的方法的时候,前面不需要加上function这个保留字,直接把函数定义放进去了就可以了。

构造函数的prototype属性,在ES6的“类”上面继续存在。事实上,除了constructor方法以外,类的方法都定义在类的prototype属性上面。

Class Point {
  constructor(){
    // ...
  }

  toString(){
    // ...
  }

  toValue(){
    // ...
  }
}

// 等同于

Point.prototype = {
  toString(){},
  toValue(){}
}

由于类的方法(除constructor以外)都定义在prototype对象上面,所以类的新方法可以添加在prototype对象上面。Object.assign方法可以很方便地一次向类添加多个方法。

Class Point {
  constructor(){
    // ...
  }
}

Object.assign(Point.prototype, {
  toString(){},
  toValue(){}
})

prototype对象的constructor属性,直接指向“类”的本身,这与ES5的行为是一致的。

Point.prototype.constructor === Point // true

(2)constructor方法

constructor方法是类的默认方法,通过new命令生成对象实例时,自动调用该方法。一个类必须有constructor方法,如果没有显式定义,一个空的constructor方法会被默认添加。

constructor() {}

constructor方法默认返回实例对象(即this),完全可以指定返回另外一个对象。

class Foo {
  constructor() {
    return Object.create(null);
  }
}

new Foo() instanceof Foo
// false

上面代码中,constructor函数返回一个全新的对象,结果导致实例对象不是Foo类的实例。

(3)实例对象

生成实例对象的写法,与ES5完全一样,也是使用new命令。如果忘记加上new,像函数那样调用Class,将会报错。

// 报错
var point = Point(2, 3);

// 正确
var point = new Point(2, 3);

与ES5一样,实例的属性除非显式定义在其本身(即定义在this对象上),否则都是定义在原型上(即定义在class上)。

//定义类
class Point {

  constructor(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }

  toString() {
    return '('+this.x+', '+this.y+')';
  }

}

var point = new Point(2, 3);

point.toString() // (2, 3)

point.hasOwnProperty('x') // true
point.hasOwnProperty('y') // true
point.hasOwnProperty('toString') // false
point.__proto__.hasOwnProperty('toString') // true

上面代码中,x和y都是实例对象point自身的属性(因为定义在this变量上),所以hasOwnProperty方法返回true,而toString是原型对象的属性(因为定义在Point类上),所以hasOwnProperty方法返回false。这些都与ES5的行为保持一致。

var p1 = new Point(2,3);
var p2 = new Point(3,2);

p1.__proto__ === p2.__proto__
//true

上面代码中,p1和p2都是Point的实例,它们的原型都是Point,所以__proto__属性是相等的。

这也意味着,可以通过__proto__属性为Class添加方法。

var p1 = new Point(2,3);
var p2 = new Point(3,2);

p1.__proto__.printName = function () { return 'Oops' };

p1.printName() // "Oops"
p2.printName() // "Oops"

var p3 = new Point(4,2);
p3.printName() // "Oops"

上面代码在p1的原型上添加了一个printName方法,由于p1的原型就是p2的原型,因此p2也可以调用这个方法。而且,此后新建的实例p3也可以调用这个方法。这意味着,使用实例的__proto__属性改写原型,必须相当谨慎,不推荐使用,因为这会改变Class的原始定义,影响到所有实例。

(4)name属性

由于本质上,ES6的Class只是ES5的构造函数的一层包装,所以函数的许多特性都被Class继承,包括name属性。


class Point {}

Point.name // "Point"

name属性总是返回紧跟在class关键字后面的类名。

(5)Class表达式

与函数一样,Class也可以使用表达式的形式定义。


const MyClass = class Me {
  getClassName() {
    return Me.name;
  }
};

上面代码使用表达式定义了一个类。需要注意的是,这个类的名字是MyClass而不是Me,Me只在Class的内部代码可用,指代当前类。


let inst = new MyClass();
inst.getClassName() // Me
Me.name // ReferenceError: Me is not defined

上面代码表示,Me只在Class内部有定义。

如果Class内部没用到的话,可以省略Me,也就是可以写成下面的形式。


const MyClass = class { /* ... */ };

(6)不存在变量提升

Class不存在变量提升(hoist),这一点与ES5完全不同。


new Foo(); // ReferenceError

class Foo {}

上面代码中,Foo类使用在前,定义在后,这样会报错,因为ES6不会把变量声明提升到代码头部。这种规定的原因与下文要提到的继承有关,必须保证子类在父类之后定义。


{
  let Foo = class {};
  class Bar extends Foo {
  }
}

如果存在Class的提升,上面代码将报错,因为let命令也是不提升的。

(7)严格模式

类和模块的内部,默认就是严格模式,所以不需要使用use strict指定运行模式。考虑到未来所有的代码,其实都是运行在模块之中,所以ES6实际上把整个语言升级到了严格模式。

Class的继承

基本用法

Class之间可以通过extends关键字,实现继承,这比ES5的通过修改原型链实现继承,要清晰和方便很多。


class ColorPoint extends Point {}

上面代码定义了一个ColorPoint类,该类通过extends关键字,继承了Point类的所有属性和方法。但是由于没有部署任何代码,所以这两个类完全一样,等于复制了一个Point类。下面,我们在ColorPoint内部加上代码。


class ColorPoint extends Point {

  constructor(x, y, color) {
    super(x, y); // 等同于parent.constructor(x, y)
    this.color = color;
  }

  toString() {
    return this.color + ' ' + super.toString(); // 等同于parent.toString()
  }

}

上面代码中,constructor方法和toString方法之中,都出现了super关键字,它指代父类的实例(即父类的this对象)。

子类必须在constructor方法中调用super方法,否则新建实例时会报错。


class Point { /* ... */ }

class ColorPoint extends Point {
  constructor() {
  }
}

let cp = new ColorPoint(); // ReferenceError

如果子类没有定义constructor方法,这个方法会被默认添加,代码如下。也就是说,不管有没有显式定义,任何一个子类都有constructor方法。


constructor(...args) {
  super(...args);
}

另一个需要注意的地方是,在子类的构造函数中,只有调用super之后,才可以使用this关键字,否则会报错。这是因为没有调用父类的构造函数,就无法子类实例的构建。


class Point {
  constructor(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }
}

class ColorPoint extends Point {
  constructor(x, y, color) {
    this.color = color; // ReferenceError
    super(x, y);
    this.color = color; // 正确
  }
}

上面代码中,子类的constructor方法没有调用super之前,就使用this关键字,结果报错,而放在super方法之后就是正确的。

下面是生成子类实例的代码。


let cp = new ColorPoint(25, 8, 'green');

cp instanceof ColorPoint // true
cp instanceof Point // true

上面代码中,实例对象cp同时是ColorPoint和Point两个类的实例,这与ES5的行为完全一致。

类的prototype属性和__proto__属性

在ES5中,每一个对象都有__proto__属性,指向对应的构造函数的prototype属性。Class作为构造函数的语法糖,同时有prototype属性和__proto__属性,因此同时存在两条继承链。

(1)子类的__proto__属性,表示构造函数的继承,总是指向父类。

(2)子类prototype属性的__proto__属性,表示方法的继承,总是指向父类的prototype属性。


class B extends A {
}

B.__proto__ === A // true
B.prototype.__proto__ === A.prototype // true

上面代码中,子类A的__proto__属性指向父类B,子类A的prototype属性的proto属性指向父类B的prototype属性。

第一条继承链,实质如下。


class B extends A {
  constructor() {
    return A.call(this);
  }
}

// 等同于

class B extends A {
  constructor() {
    return B.__proto__.call(this);
  }
}

第二条继承链,实质如下。


B.prototype = new A();
// 等同于
B.prototype.__proto__ = A.prototype;

此外,还有三种特殊情况。


class A extends Object {
}

A.__proto__ === Object // true
A.prototype.__proto__ === Object.prototype // true

第一种特殊情况,子类A继承Object。这种情况下,A其实就是构造函数Object的复制,A的实例就是Object的实例。


class A {
}

A.__proto__ === Function.prototype // true
A.prototype.__proto__ === Object.prototype // true

第二种特殊情况,A作为一个基类(即不存在任何继承),就是一个普通函数,所以直接继承Funciton.prototype。但是,A调用后返回一个空对象(即Object实例),所以A.prototype.__proto__指向构造函数(Object)的prototype属性。


class A extends null {
}

A.__proto__ === Function.prototype // true
A.prototype.__proto__ === null // true

第三种特殊情况,与第二种情况非常像。A也是一个普通函数,所以直接继承Funciton.prototype。但是,A调用后返回的对象不继承任何方法,所以它的__proto__指向Function.prototype,即实质上执行了下面的代码。

class C extends null {
  constructor() { return Object.create(null); }
}

Object.getPrototypeOf()

Object.getPrototypeOf方法可以用来从子类上获取父类。


Object.getPrototypeOf(ColorPoint) === Point
// true

实例的__proto__属性

父类和子类的__proto__属性,指向是不一样的。


var p1 = new Point(2, 3);
var p2 = new ColorPoint(2, 3, 'red');

p2.__proto__ === p1.__proto // false
p2.__proto__.__proto__ === p1.__proto__ // true

通过子类的__proto__属性,可以修改父类。


p2.__proto__.__proto__.printName = function () {
  console.log('Ha');
};

p1.printName() // "Ha"

上面代码在ColorPoint的实例p2上向Point类添加方法,结果影响到了Point的实例p1。

构造函数的继承

下面是一个继承原生的Array构造函数的例子。


class MyArray extends Array {
  constructor(...args) {
    super(...args);
  }
}

var arr = new MyArray();
arr[1] = 12;

上面代码定义了一个MyArray类,继承了Array构造函数,因此就可以从MyArray生成数组的实例。这意味着,ES6可以自定义原生数据结构(比如Array、String等)的子类,这是ES5无法做到的。

上面这个例子也说明,extends关键字不仅可以用来继承类,还可以用来继承构造函数。下面是一个自定义Error子类的例子。


class MyError extends Error {
}

throw new MyError('Something happened!');

class的取值函数(getter)和存值函数(setter)

与ES5一样,在Class内部可以使用get和set关键字,对某个属性设置存值函数和取值函数。


class MyClass {
  get prop() {
    return 'getter';
  }
  set prop(value) {
    console.log('setter: '+value);
  }
}

let inst = new MyClass();

inst.prop = 123;
// setter: 123

inst.prop
// 'getter'

上面代码中,prop属性有对应的存值函数和取值函数,因此赋值和读取行为都被自定义了。

Class的Generator方法

如果某个方法之前加上星号(*),就表示该方法是一个Generator函数。


class Foo {
  constructor(...args) {
    this.args = args;
  }
  * [Symbol.iterator]() {
    for (let arg of this.args) {
      yield arg;
    }
  }
}

for (let x of new Foo('hello', 'world')) {
  console.log(x);
}
// hello
// world

上面代码中,Foo类的Symbol.iterator方法前有一个星号,表示该方法是一个Generator函数。Symbol.iterator方法返回一个Foo类的默认遍历器,for...of循环会自动调用这个遍历器。

Class的静态方法

类相当于实例的原型,所有在类中定义的方法,都会被实例继承。如果在一个方法前,加上static关键字,就表示该方法不会被实例继承,而是直接通过类来调用,这就称为“静态方法”。


class Foo {
  static classMethod() {
    return 'hello';
  }
}

Foo.classMethod() // 'hello'

var foo = new Foo();
foo.classMethod()
// TypeError: undefined is not a function

上面代码中,Foo类的classMethod方法前有static关键字,表明该方法是一个静态方法,可以直接在Foo类上调用(Foo.classMethod()),而不是在Foo类的实例上调用。如果在实例上调用静态方法,会抛出一个错误,表示不存在该方法。

父类的静态方法,可以被子类继承。


class Foo {
  static classMethod() {
    return 'hello';
  }
}

class Bar extends Foo {
}

Bar.classMethod(); // 'hello'

上面代码中,父类Foo有一个静态方法,子类Bar可以调用这个方法。

静态方法也是可以从super对象上调用的。


class Foo {
  static classMethod() {
    return 'hello';
  }
}

class Bar extends Foo {
  static classMethod() {
    return super.classMethod() + ', too';
  }
}

Bar.classMethod();

Module

ES6的Class只是面向对象编程的语法糖,升级了ES5的对象定义的写法,并没有解决模块化问题。Module功能就是为了解决这个问题而提出的。

历史上,JavaScript一直没有模块(module)体系,无法将一个大程序拆分成互相依赖的小文件,再用简单的方法拼装起来。其他语言都有这项功能,比如Ruby的require、Python的import,甚至就连CSS都有@import,但是JavaScript任何这方面的支持都没有,这对开发大型的、复杂的项目形成了巨大障碍。

在ES6之前,社区制定了一些模块加载方案,最主要的有CommonJS和AMD两种。前者用于服务器,后者用于浏览器。ES6在语言规格的层面上,实现了模块功能,而且实现得相当简单,完全可以取代现有的CommonJS和AMD规范,成为浏览器和服务器通用的模块解决方案。

ES6模块的设计思想,是尽量的静态化,使得编译时就能确定模块的依赖关系,以及输入和输出的变量。CommonJS和AMD模块,都只能在运行时确定这些东西。比如,CommonJS模块就是对象,输入时必须查找对象属性。

var { stat, exists, readFile } = require('fs');

ES6模块不是对象,而是通过export命令显式指定输出的代码,输入时也采用静态命令的形式。

import { stat, exists, readFile } from 'fs';

所以,ES6可以在编译时就完成模块编译,效率要比CommonJS模块高。

(1)export命令,import命令

模块功能主要由两个命令构成:export和import。export命令用于用户自定义模块,规定对外接口;import命令用于输入其他模块提供的功能,同时创造命名空间(namespace),防止函数名冲突。

ES6允许将独立的JS文件作为模块,也就是说,允许一个JavaScript脚本文件调用另一个脚本文件。该文件内部的所有变量,外部无法获取,必须使用export关键字输出变量。下面是一个JS文件,里面使用export关键字输出变量。


// profile.js
export var firstName = 'Michael';
export var lastName = 'Jackson';
export var year = 1958;

上面代码是profile.js文件,保存了用户信息。ES6将其视为一个模块,里面用export命令对外部输出了三个变量。

export的写法,除了像上面这样,还有另外一种。


// profile.js
var firstName = 'Michael';
var lastName = 'Jackson';
var year = 1958;

export {firstName, lastName, year};

上面代码在export命令后面,使用大括号指定所要输出的一组变量。它与前一种写法(直接放置在var语句前)是等价的,但是应该优先考虑使用这种写法。因为这样就可以在脚本尾部,一眼看清楚输出了哪些变量。

使用export命令定义了模块的对外接口以后,其他JS文件就可以通过import命令加载这个模块(文件)。


// main.js

import {firstName, lastName, year} from './profile';

function sfirsetHeader(element) {
  element.textContent = firstName + ' ' + lastName;
}

上面代码属于另一个文件main.js,import命令就用于加载profile.js文件,并从中输入变量。import命令接受一个对象(用大括号表示),里面指定要从其他模块导入的变量名。大括号里面的变量名,必须与被导入模块(profile.js)对外接口的名称相同。

如果想为输入的变量重新取一个名字,import语句中要使用as关键字,将输入的变量重命名。


import { lastName as surname } from './profile';

ES6支持多重加载,即所加载的模块中又加载其他模块。


import { Vehicle } from './Vehicle';

class Car extends Vehicle {
  move () {
    console.log(this.name + ' is spinning wheels...')
  }
}

export { Car }

上面的模块先加载Vehicle模块,然后在其基础上添加了move方法,再作为一个新模块输出。

(2)模块的整体输入,module命令

export命令除了输出变量,还可以输出方法或类(class)。下面是一个circle.js文件,它输出两个方法area和circumference。


// circle.js

export function area(radius) {
  return Math.PI * radius * radius;
}

export function circumference(radius) {
  return 2 * Math.PI * radius;
}

然后,main.js输入circlek.js模块。


// main.js

import { area, circumference } from 'circle';

console.log("圆面积:" + area(4));
console.log("圆周长:" + circumference(14));

上面写法是逐一指定要输入的方法。另一种写法是整体输入。


import * as circle from 'circle';

console.log("圆面积:" + circle.area(4));
console.log("圆周长:" + circle.circumference(14));

module命令可以取代import语句,达到整体输入模块的作用。


// main.js

module circle from 'circle';

console.log("圆面积:" + circle.area(4));
console.log("圆周长:" + circle.circumference(14));

module命令后面跟一个变量,表示输入的模块定义在该变量上。

(3)export default命令

为了给用户提供方便,有时我们希望,用户不用知道输入哪个方法,就能加载模块。这时就要用到export default命令,为所要加载的模块指定默认输出。

// export-default.js
export default function () {
  console.log('foo');
}

上面代码是一个模块文件export-default.js,它的默认输出是一个函数。

其他模块加载该模块时,import命令可以为该匿名函数指定任意名字。

// import-default.js
import customName from './export-default';
customName(); // 'foo'

上面代码的import命令,可以用任意名称指向export-default.js输出的方法。需要注意的是,这时import命令后面,不使用大括号。

import crc32 from 'crc32';
// 对应的输出
export default function crc32(){}

import { crc32 } from 'crc32';
// 对应的输出
export function crc32(){};

上面代码的两组写法,第一组是使用export default时,对应的import语句不需要使用大括号;第二组是不使用export default时,对应的import语句需要使用大括号。

export default命令用在非匿名函数前,也是可以的。

// export-default.js
export default function foo() {
  console.log('foo');
}

// 或者写成

function foo() {
  console.log('foo');
}

export default foo;

上面代码中,foo函数的函数名foo,在模块外部是无效的。加载的时候,视同匿名函数加载。

export default命令用于指定模块的默认输出。显然,一个模块只能有一个默认输出,因此export deault命令只能使用一次。所以,import命令后面才不用加大括号,因为只可能对应一个方法。

有了export default命令,输入模块时就非常直观了,以输入jQuery模块为例。

import $ from 'jquery';

如果想在一条import语句中,同时输入默认方法和其他变量,可以写成下面这样。

import customName, { otherMethod } from './export-default';

如果要输出默认的值,只需将值跟在export default之后即可。

export default 42;

export default也可以用来输出类。

// MyClass.js
export default class { ... }

// main.js
import MyClass from 'MyClass'
let o = new MyClass();

模块的继承

模块之间也可以继承。

假设有一个circleplus模块,继承了circle模块。


// circleplus.js

export * from 'circle';
export var e = 2.71828182846;
export default function(x) {
    return Math.exp(x);
}

上面代码中的“export *”,表示输出circle模块的所有属性和方法,export default命令定义模块的默认方法。

这时,也可以将circle的属性或方法,改名后再输出。


// circleplus.js

export { area as circleArea } from 'circle';  

上面代码表示,只输出circle模块的area方法,且将其改名为circleArea。

加载上面模块的写法如下。


// main.js

module math from "circleplus";
import exp from "circleplus";
console.log(exp(math.pi));

上面代码中的"import exp"表示,将circleplus模块的默认方法加载为exp方法。

ES6模块的转码

浏览器目前还不支持ES6模块,为了现在就能使用,可以将转为ES5的写法。

(1)ES6 module transpiler

ES6 module transpiler是square公司开源的一个转码器,可以将ES6模块转为CommonJS模块或AMD模块的写法,从而在浏览器中使用。

首先,安装这个转玛器。


$ npm install -g es6-module-transpiler

然后,使用compile-modules convert命令,将ES6模块文件转码。


$ compile-modules convert file1.js file2.js

o参数可以指定转码后的文件名。


$ compile-modules convert -o out.js file1.js

(2)SystemJS

另一种解决方法是使用SystemJS。它是一个垫片库(polyfill),可以在浏览器内加载ES6模块、AMD模块和CommonJS模块,将其转为ES5格式。它在后台调用的是Google的Traceur转码器。

使用时,先在网页内载入system.js文件。


<script src="system.js"></script>

然后,使用System.import方法加载模块文件。


<script>
  System.import('./app');
</script>

上面代码中的./app,指的是当前目录下的app.js文件。它可以是ES6模块文件,System.import会自动将其转码。

需要注意的是,System.import使用异步加载,返回一个Promise对象,可以针对这个对象编程。下面是一个模块文件。


// app/es6-file.js:

export class q {
  constructor() {
    this.es6 = 'hello';
  }
}

然后,在网页内加载这个模块文件。


<script>

System.import('app/es6-file').then(function(m) {
  console.log(new m.q().es6); // hello
});

</script>

上面代码中,System.import方法返回的是一个Promise对象,所以可以用then方法指定回调函数。

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