TypeScript 之 Class（上）

TypeScript 的官方文档早已更新，但我能找到的中文文档都还停留在比较老的版本。所以对其中新增以及修订较多的一些章节进行了翻译整理。

本篇翻译整理自 TypeScript Handbook 中 「Classes」 章节。

本文并不严格按照原文翻译，对部分内容也做了解释补充。

类（Classes）

TypeScript 完全支持 ES2015 引入的 class 关键字。

和其他 JavaScript 语言特性一样，TypeScript 提供了类型注解和其他语法，允许你表达类与其他类型之间的关系。

类成员（Class Members）

这是一个最基本的类，一个空类：

class Point {}

这个类并没有什么用，所以让我们添加一些成员。

字段（Fields）

一个字段声明会创建一个公共（public）可写入（writeable）的属性：

class Point {
  x: number;
  y: number;
}

const pt = new Point();
pt.x = 0;
pt.y = 0;

注意：类型注解是可选的，如果没有指定，会隐式的设置为 any。

字段可以设置初始值（initializers）：

class Point {
  x = 0;
  y = 0;
}

const pt = new Point();
// Prints 0, 0
console.log(`${pt.x}, ${pt.y}`);

就像 const 、let 和 var ，一个类属性的初始值会被用于推断它的类型:

const pt = new Point();
pt.x = "0";
// Type 'string' is not assignable to type 'number'.

--strictPropertyInitialization

strictPropertyInitialization 选项控制了类字段是否需要在构造函数里初始化：

class BadGreeter {
  name: string;
  // Property 'name' has no initializer and is not definitely assigned in the constructor.
}

class GoodGreeter {
  name: string;

  constructor() {
    this.name = "hello";
  }
}

注意，字段需要在构造函数自身进行初始化。TypeScript 并不会分析构造函数里你调用的方法，进而判断初始化的值，因为一个派生类也许会覆盖这些方法并且初始化成员失败：

class BadGreeter {
  name: string;
  // Property 'name' has no initializer and is not definitely assigned in the constructor.
  setName(): void {
    this.name = '123'
  }
  constructor() {
    this.setName();
  }
}

如果你执意要通过其他方式初始化一个字段，而不是在构造函数里（举个例子，引入外部库为你补充类的部分内容），你可以使用明确赋值断言操作符（definite assignment assertion operator） !:

class OKGreeter {
  // Not initialized, but no error
  name!: string;
}

readonly

字段可以添加一个 readonly 前缀修饰符，这会阻止在构造函数之外的赋值。

class Greeter {
  readonly name: string = "world";

  constructor(otherName?: string) {
    if (otherName !== undefined) {
      this.name = otherName;
    }
  }

  err() {
    this.name = "not ok";
  // Cannot assign to 'name' because it is a read-only property.
  }
}

const g = new Greeter();
g.name = "also not ok";
// Cannot assign to 'name' because it is a read-only property.

构造函数（Constructors）

类的构造函数跟函数非常类似，你可以使用带类型注解的参数、默认值、重载等。

class Point {
  x: number;
  y: number;

  // Normal signature with defaults
  constructor(x = 0, y = 0) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }
}

class Point {
  // Overloads
  constructor(x: number, y: string);
  constructor(s: string);
  constructor(xs: any, y?: any) {
    // TBD
  }
}

但类构造函数签名与函数签名之间也有一些区别：

• 构造函数不能有类型参数（关于类型参数，回想下泛型里的内容），这些属于外层的类声明，我们稍后就会学习到。
• 构造函数不能有返回类型注解，因为总是返回类实例类型

Super 调用（Super Calls）

就像在 JavaScript 中，如果你有一个基类，你需要在使用任何 this. 成员之前，先在构造函数里调用 super()。

class Base {
  k = 4;
}

class Derived extends Base {
  constructor() {
    // Prints a wrong value in ES5; throws exception in ES6
    console.log(this.k);
  // 'super' must be called before accessing 'this' in the constructor of a derived class.
    super();
  }
}

忘记调用 super 是 JavaScript 中一个简单的错误，但是 TypeScript 会在需要的时候提醒你。

方法（Methods）

类中的函数属性被称为方法。方法跟函数、构造函数一样，使用相同的类型注解。

class Point {
  x = 10;
  y = 10;

  scale(n: number): void {
    this.x *= n;
    this.y *= n;
  }
}

除了标准的类型注解，TypeScript 并没有给方法添加任何新的东西。

注意在一个方法体内，它依然可以通过 this. 访问字段和其他的方法。方法体内一个未限定的名称（unqualified name，没有明确限定作用域的名称）总是指向闭包作用域里的内容。

let x: number = 0;

class C {
  x: string = "hello";

  m() {
    // This is trying to modify 'x' from line 1, not the class property
    x = "world";
  // Type 'string' is not assignable to type 'number'.
  }
}

Getters / Setter

类也可以有存取器（accessors）：

class C {
  _length = 0;
  get length() {
    return this._length;
  }
  set length(value) {
    this._length = value;
  }
}

TypeScript 对存取器有一些特殊的推断规则：

• 如果 get 存在而 set 不存在，属性会被自动设置为 readonly
• 如果 setter 参数的类型没有指定，它会被推断为 getter 的返回类型
• getters 和 setters 必须有相同的成员可见性（Member Visibility）。

从 TypeScript 4.3 起，存取器在读取和设置的时候可以使用不同的类型。

class Thing {
  _size = 0;

  // 注意这里返回的是 number 类型
  get size(): number {
    return this._size;
  }

  // 注意这里允许传入的是 string | number | boolean 类型
  set size(value: string | number | boolean) {
    let num = Number(value);

    // Don't allow NaN, Infinity, etc
    if (!Number.isFinite(num)) {
      this._size = 0;
      return;
    }

    this._size = num;
  }
}

索引签名（Index Signatures）

类可以声明索引签名，它和对象类型的索引签名是一样的：

class MyClass {
  [s: string]: boolean | ((s: string) => boolean);

  check(s: string) {
    return this[s] as boolean;
  }
}

因为索引签名类型也需要捕获方法的类型，这使得并不容易有效的使用这些类型。通常的来说，在其他地方存储索引数据而不是在类实例本身，会更好一些。

类继承（Class Heritage）

JavaScript 的类可以继承基类。

implements 语句（implements Clauses）

你可以使用 implements 语句检查一个类是否满足一个特定的 interface。如果一个类没有正确的实现(implement)它，TypeScript 会报错：

interface Pingable {
  ping(): void;
}

class Sonar implements Pingable {
  ping() {
    console.log("ping!");
  }
}

class Ball implements Pingable {
  // Class 'Ball' incorrectly implements interface 'Pingable'.
  // Property 'ping' is missing in type 'Ball' but required in type 'Pingable'.
  pong() {
    console.log("pong!");
  }
}

类也可以实现多个接口，比如 class C implements A, B {

注意事项（Cautions）

implements 语句仅仅检查类是否按照接口类型实现，但它并不会改变类的类型或者方法的类型。一个常见的错误就是以为 implements 语句会改变类的类型——然而实际上它并不会：

interface Checkable {
  check(name: string): boolean;
}

class NameChecker implements Checkable {
  check(s) {
   // Parameter 's' implicitly has an 'any' type.
    // Notice no error here
    return s.toLowercse() === "ok";
        // any
}

在这个例子中，我们可能会以为 s 的类型会被 check 的 name: string 参数影响。实际上并没有，implements 语句并不会影响类的内部是如何检查或者类型推断的。

类似的，实现一个有可选属性的接口，并不会创建这个属性：

interface A {
  x: number;
  y?: number;
}
class C implements A {
  x = 0;
}
const c = new C();
c.y = 10;

// Property 'y' does not exist on type 'C'.

extends 语句（extends Clauses）

类可以 extend 一个基类。一个派生类有基类所有的属性和方法，还可以定义额外的成员。

class Animal {
  move() {
    console.log("Moving along!");
  }
}

class Dog extends Animal {
  woof(times: number) {
    for (let i = 0; i < times; i++) {
      console.log("woof!");
    }
  }
}

const d = new Dog();
// Base class method
d.move();
// Derived class method
d.woof(3);

覆写属性（Overriding Methods）

一个派生类可以覆写一个基类的字段或属性。你可以使用 super 语法访问基类的方法。

TypeScript 强制要求派生类总是它的基类的子类型。

举个例子，这是一个合法的覆写方法的方式：

class Base {
  greet() {
    console.log("Hello, world!");
  }
}

class Derived extends Base {
  greet(name?: string) {
    if (name === undefined) {
      super.greet();
    } else {
      console.log(`Hello, ${name.toUpperCase()}`);
    }
  }
}

const d = new Derived();
d.greet();
d.greet("reader");

派生类需要遵循着它的基类的实现。

而且通过一个基类引用指向一个派生类实例，这是非常常见并合法的：

// Alias the derived instance through a base class reference
const b: Base = d;
// No problem
b.greet();

但是如果 Derived 不遵循 Base 的约定实现呢？

class Base {
  greet() {
    console.log("Hello, world!");
  }
}

class Derived extends Base {
  // Make this parameter required
  greet(name: string) {
 // Property 'greet' in type 'Derived' is not assignable to the same property in base type 'Base'.
  // Type '(name: string) => void' is not assignable to type '() => void'.
    console.log(`Hello, ${name.toUpperCase()}`);
  }
}

即便我们忽视错误编译代码，这个例子也会运行错误：

const b: Base = new Derived();
// Crashes because "name" will be undefined
b.greet();

初始化顺序（Initialization Order）

有些情况下，JavaScript 类初始化的顺序会让你感到很奇怪，让我们看这个例子：

class Base {
  name = "base";
  constructor() {
    console.log("My name is " + this.name);
  }
}

class Derived extends Base {
  name = "derived";
}

// Prints "base", not "derived"
const d = new Derived();

到底发生了什么呢？

类初始化的顺序，就像在 JavaScript 中定义的那样：

• 基类字段初始化
• 基类构造函数运行
• 派生类字段初始化
• 派生类构造函数运行

这意味着基类构造函数只能看到它自己的 name 的值，因为此时派生类字段初始化还没有运行。

继承内置类型（Inheriting Built-in Types）

注意：如果你不打算继承内置的类型比如 Array、Error、Map 等或者你的编译目标是 ES6/ES2015 或者更新的版本，你可以跳过这个章节。

在 ES2015 中，当调用 super(...) 的时候，如果构造函数返回了一个对象，会隐式替换 this 的值。所以捕获 super() 可能的返回值并用 this 替换它是非常有必要的。

这就导致，像 Error、Array 等子类，也许不会再如你期望的那样运行。这是因为 Error、Array 等类似内置对象的构造函数，会使用 ECMAScript 6 的 new.target 调整原型链。然而，在 ECMAScript 5 中，当调用一个构造函数的时候，并没有方法可以确保 new.target 的值。其他的降级编译器默认也会有同样的限制。

对于一个像下面这样的子类：

class MsgError extends Error {
  constructor(m: string) {
    super(m);
  }
  sayHello() {
    return "hello " + this.message;
  }
}

你也许可以发现：

1. 对象的方法可能是 undefined ，所以调用 sayHello 会导致错误
2. instanceof 失效， (new MsgError()) instanceof MsgError 会返回 false。

我们推荐，手动的在 super(...) 调用后调整原型：

class MsgError extends Error {
  constructor(m: string) {
    super(m);

    // Set the prototype explicitly.
    Object.setPrototypeOf(this, MsgError.prototype);
  }

  sayHello() {
    return "hello " + this.message;
  }
}

不过，任何 MsgError 的子类也不得不手动设置原型。如果运行时不支持 Object.setPrototypeOf，你也许可以使用 __proto__ 。

不幸的是，这些方案并不会能在 IE 10 或者之前的版本正常运行。解决的一个方法是手动拷贝原型中的方法到实例中（就比如 MsgError.prototype 到 this），但是它自己的原型链依然没有被修复。

成员可见性（Member Visibility）

你可以使用 TypeScript 控制某个方法或者属性是否对类以外的代码可见。

public

类成员默认的可见性为 public，一个 public 的成员可以在任何地方被获取：

class Greeter {
  public greet() {
    console.log("hi!");
  }
}
const g = new Greeter();
g.greet();

因为 public 是默认的可见性修饰符，所以你不需要写它，除非处于格式或者可读性的原因。

protected

protected 成员仅仅对子类可见：

class Greeter {
  public greet() {
    console.log("Hello, " + this.getName());
  }
  protected getName() {
    return "hi";
  }
}

class SpecialGreeter extends Greeter {
  public howdy() {
    // OK to access protected member here
    console.log("Howdy, " + this.getName());
  }
}
const g = new SpecialGreeter();
g.greet(); // OK
g.getName();

// Property 'getName' is protected and only accessible within class 'Greeter' and its subclasses.

受保护成员的公开（Exposure of protected members）

派生类需要遵循基类的实现，但是依然可以选择公开拥有更多能力的基类子类型，这就包括让一个 protected 成员变成 public：

class Base {
  protected m = 10;
}
class Derived extends Base {
  // No modifier, so default is 'public'
  m = 15;
}
const d = new Derived();
console.log(d.m); // OK

这里需要注意的是，如果公开不是故意的，在这个派生类中，我们需要小心的拷贝 protected 修饰符。

交叉等级受保护成员访问（Cross-hierarchy protected access）

不同的 OOP 语言在通过一个基类引用是否可以合法的获取一个 protected 成员是有争议的。

class Base {
  protected x: number = 1;
}
class Derived1 extends Base {
  protected x: number = 5;
}
class Derived2 extends Base {
  f1(other: Derived2) {
    other.x = 10;
  }
  f2(other: Base) {
    other.x = 10;
  // Property 'x' is protected and only accessible through an instance of class 'Derived2'. This is an instance of class 'Base'.
  }
}

在 Java 中，这是合法的，而 C# 和 C++ 认为这段代码是不合法的。

TypeScript 站在 C# 和 C++ 这边。因为 Derived2 的 x 应该只有从 Derived2 的子类访问才是合法的，而 Derived1 并不是它们中的一个。此外，如果通过 Derived1 访问 x 是不合法的，通过一个基类引用访问也应该是不合法的。

看这篇《Why Can’t I Access A Protected Member From A Derived Class?》，解释了更多 C# 这样做的原因。

private

private 有点像 protected ，但是不允许访问成员，即便是子类。

class Base {
  private x = 0;
}
const b = new Base();
// Can't access from outside the class
console.log(b.x);
// Property 'x' is private and only accessible within class 'Base'.

class Derived extends Base {
  showX() {
    // Can't access in subclasses
    console.log(this.x);
  // Property 'x' is private and only accessible within class 'Base'.
  }
}

因为 private 成员对派生类并不可见，所以一个派生类也不能增加它的可见性：

class Base {
  private x = 0;
}
class Derived extends Base {
// Class 'Derived' incorrectly extends base class 'Base'.
// Property 'x' is private in type 'Base' but not in type 'Derived'.
  x = 1;
}

交叉实例私有成员访问（Cross-instance private access）

不同的 OOP 语言在关于一个类的不同实例是否可以获取彼此的 private 成员上，也是不一致的。像 Java、C#、C++、Swift 和 PHP 都是允许的，Ruby 是不允许。

TypeScript 允许交叉实例私有成员的获取：

class A {
  private x = 10;

  public sameAs(other: A) {
    // No error
    return other.x === this.x;
  }
}

警告（Caveats）

private和 protected 仅仅在类型检查的时候才会强制生效。

这意味着在 JavaScript 运行时，像 in 或者简单的属性查找，依然可以获取 private 或者 protected 成员。

class MySafe {
  private secretKey = 12345;
}

// In a JavaScript file...
const s = new MySafe();
// Will print 12345
console.log(s.secretKey);

private 允许在类型检查的时候，通过方括号语法进行访问。这让比如单元测试的时候，会更容易访问 private 字段，这也让这些字段是弱私有（soft private）而不是严格的强制私有。

class MySafe {
  private secretKey = 12345;
}

const s = new MySafe();

// Not allowed during type checking
console.log(s.secretKey);
// Property 'secretKey' is private and only accessible within class 'MySafe'.

// OK
console.log(s["secretKey"]);

不像 TypeScript 的 private，JavaScript 的私有字段（#）即便是编译后依然保留私有性，并且不会提供像上面这种方括号获取的方法，这让它们变得强私有（hard private）。

class Dog {
  #barkAmount = 0;
  personality = "happy";

  constructor() {}
}

"use strict";
class Dog {
    #barkAmount = 0;
    personality = "happy";
    constructor() { }
}

当被编译成 ES2021 或者之前的版本，TypeScript 会使用 WeakMaps 替代 #:

"use strict";
var _Dog_barkAmount;
class Dog {
    constructor() {
        _Dog_barkAmount.set(this, 0);
        this.personality = "happy";
    }
}
_Dog_barkAmount = new WeakMap();

如果你需要防止恶意攻击，保护类中的值，你应该使用强私有的机制比如闭包，WeakMaps ，或者私有字段。但是注意，这也会在运行时影响性能。