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如何继承 Date 对象？由一道题彻底弄懂 JS 继承

SegmentFault思否 · 公众号 · 程序员 · 2018-01-24 08:00

正文

前言

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 组合寄生法 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，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）

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组合寄生继承
 */
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 thisisnotaDateobject.

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 JavaScriptDate 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：

newMyDate() 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：

newMyDate() 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
经典组合寄生继承法
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 [objectDate] ，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

从上午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：（那种经典组合寄生继承法）

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，不知道是否对上午中频繁提到的 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 ， letinstance=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