如何继承Date对象？由一道题彻底弄懂JS继承。

2018-01-15 | 分类 blog | 标签 JS继承 | 浏览

JS继承

前言

见解有限，如有描述不当之处，请帮忙及时指出，如有错误，会及时修正。

20180201更新：

修改用词描述，如组合寄生式改成寄生组合式，修改多处笔误（感谢@Yao Ding的反馈）

———-长文+多图预警，需要花费一定时间———-

故事是从一次实际需求中开始的。。。

某天，某人向我寻求了一次帮助，要协助写一个日期工具类，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 = new MyDate();

// 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中经典的寄生组合式写了一个继承，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———-

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）

大纲

先说说如何快速快速寻求解答
- stackoverflow上早就有答案了！
- 倘若用的是中文搜索。
分析问题的关键
- 经典的继承法有何问题
- 为什么无法被继承？
该如何实现继承？
- 暴力混合法
- ES5黑魔法
- ES6大法
- ES6写法，然后babel打包
几种继承的细微区别
ES6继承与ES5继承的区别
构造函数与实例对象
[[Class]]与Internal slot
如何快速判断是否继承？
写在最后的话

先说说如何快速快速寻求解答

遇到不会的问题，肯定第一目标就是如何快速寻求解决方案，答案是：

先去stackoverflow上看看有没有类似的题。。。

于是，借助搜索引擎搜索了下，第一条就符合条件，点开进去看描述

stackoverflow上早就有答案了！

先说说结果，再浏览一番后，确实找到了解决方案，然后回过头来一看，惊到了，因为这个问题的提问时间是6 years, 7 months ago。也就是说，2011年的时候就已经有人提出了。。。

感觉自己落后了一个时代>_<。。。

而且还发现了一个细节，那就是viewed:10,606 times，也就是说至今一共也才一万多次阅读而已，考虑到前端行业的从业人数，这个比例惊人的低。以点见面，看来，遇到这个问题的人并不是很多。

倘若用的是中文搜索。

用中文搜索并不丢人（我遇到问题时的本能反应也是去百度）。结果是这样的：

嗯，看来英文关键字搜索效果不错，第一条就是符合要求的。然后又试了试中文搜索。

效果不如人意，搜索前几页，唯一有一条看起来比较相近的（segmentfault上的那条），点进去看

怎么说呢。。。这个问题关注度不高，浏览器数较少，而且上面的问题描述和预期的有点区别，仍然是有人回答的。不过，虽然说问题在一定程度上得到了解决，但是回答者绕过了无法继承这个问题，有点未竟全功的意思。。。

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寄生组合式继承
 */
function MyDate() {
    Date.apply(this, arguments);
    this.abc = 1;
}

function inherits(subClass, superClass) {
    function Inner() {}
    
    Inner.prototype = superClass.prototype;
    subClass.prototype = new Inner();
    subClass.prototype.constructor = subClass;
}

inherits(MyDate, Date);

MyDate.prototype.getTest = function() {
    return this.getTime();
};


let date = new MyDate();

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this is not a Date object.

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JavaScript Date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;

    return obj;
};

/**
 * 用了点技巧的继承，实际上返回的是Date对象
 */
function MyDate() {
    // bind属于Function.prototype，接收的参数是：object, param1, params2...
    var dateInst = 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;

    return dateInst;
}

// 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 = function getTest() {
    return this.getTime();
};

let date = new MyDate();

// 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：
- new MyDate()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：
- new MyDate()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：

class MyDate extends Date {
    constructor() {
        super();
        this.abc = 1;
    }
    getTest() {
        return this.getTime();
    }
}

let date = new MyDate();

// 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
经典寄生组合式继承法
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: ƒ, getTest: ƒ}
Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ}
Date {getTest: ƒ, constructor: ƒ}
Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ}

~~~~以下是new出的对象~~~~~~~~~
Sat Jan 13 2018 21:58:55 GMT+0800 (CST)
MyDate2 {abc: 1}
Sat Jan 13 2018 21:58:55 GMT+0800 (CST)
MyDate {abc: 1}

~~~~以下是new出的对象的Object.prototype.toString.call~~~~~~~~~
[object Date]
[object Object]
[object Date]
[object Object]

~~~~以下是MyDate们的__proto__~~~~~~~~~
ƒ Date() { [native code] }
ƒ () { [native code] }
ƒ () { [native code] }
ƒ Date() { [native code] }

~~~~以下是new出的对象的__proto__~~~~~~~~~
Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ}
Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ}
Date {getTest: ƒ, constructor: ƒ}
Date {constructor: ƒ, getTest: ƒ}

~~~~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() {
        return "Date";
    }
});

然后在打印下看看，变成这样了：

[object Date]
[object Date]
[object Date]
[object Object]

可以看到，第二个的MyDate2构造出的实例，虽然打印出来是[object Date]，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

从上文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：（那种经典寄生组合式继承法）
- 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，不知道是否对上文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

function MyClass() {
    this.abc = 1;
}

MyClass.prototype.print = function() {
    console.log('this.abc:' + this.abc);
};

let instance = new MyClass();

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，let instance = 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 = typeof innerConstructReturn === 'object' || typeof innerConstructReturn === 'function';

return innerConstructReturnIsObj ? 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 = new MyClass();

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

function MyDate() {
    // bind属于Function.prototype，接收的参数是：object, param1, params2...
    var dateInst = 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;

    return dateInst;
}

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：

class MyDate extends Date {
    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）。

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）

在MDN上的定义也可以看到，new.target返回的是直接构造函数（new作用的那个），所以请不要将直接构造函数与实际上的构造搞混

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ES6中，之前的 [[Class]] 不再使用，取而代之的是一系列的internal slot
- 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[object Promise]）

而前文中提到的：

Object.defineProperty(date, Symbol.toStringTag, {
    get: function() {
        return "Date";
    }
});

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[object Date]。

但是，仅仅是做到输出的时候变成了Date，实际上内部的internal slot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(instance instanceof SubClass);
console.log(instance instanceof SuperClass);

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。

写在最后的话

由于继承的介绍在网上已经多不胜数，因此本文没有再重复描述，而是由一道Date继承题引发，展开。（关键就是原型链）

不知道看到这里，各位看官是否都已经弄懂了JS中的继承呢？

另外，遇到问题时，多想一想，有时候你会发现，其实你知道的并不是那么多，然后再想一想，又会发现其实并没有这么复杂。。。

附录

博客

初次发布2018.01.15于我个人博客上面

http://www.dailichun.com/2018/01/15/howtoextenddate.html