JavaScript原型、继承与异步编程深度解析

本文深入探讨JavaScript中的原型继承、类语法、错误处理机制、Promise异步编程及模块化系统，涵盖ES6至ES2022的核心特性，帮助开发者掌握现代JavaScript开发关键技术。

AltSchool Of Engineering Tinyuka’24 第5月第2周

本周我们照例从回顾上节内容开始。若您错过之前课程，可在此补课。随后我们直接进入本周主题：JavaScript中的原型与继承。让我们一起探索这些核心概念！

原型与继承

在JavaScript中，原型是允许对象从其他对象继承属性和方法的核心特性，此概念称为原型继承。例如，若您有一个构造函数Animal，可通过其原型（Animal.prototype）创建继承自Animal的实例dog。这会形成原型链，使dog能访问Animal中定义的属性和方法。

原生原型与原型方法

JavaScript为内置对象（如Array和Function）提供原生原型。例如，您可向Array.prototype添加自定义方法，使所有数组实例都能使用此新方法。

类基本语法

随着ES6的引入，JavaScript支持类语法，使创建对象和处理继承更简便。基本类定义如下：

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class Animal {
    constructor(name) {
        this.name = name;
    }
}

类继承

类可扩展其他类，实现清晰的继承结构。例如：

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class Dog extends Animal {
    bark() {
        console.log(`${this.name} says woof!`);
    }
}

静态属性与方法

类还可定义属于类本身而非实例的静态属性和方法。例如：

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class Animal {
    static kingdom = 'Animalia';
}

私有与受保护属性及方法

ES2022引入了类中的私有属性和方法，以#前缀标识。例如：

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class Animal {
    #age;
    constructor(name, age) {
        this.name = name;
        this.#age = age;
    }
}

这些私有成员在类外不可访问。

扩展内置类

您可扩展内置类（如Array或Error）以创建专用版本。例如：

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class CustomArray extends Array {
    customMethod() {
        // 自定义功能
    }
}

类检查Instanceof与混入

要检查对象是否为类的实例，可使用instanceof运算符。例如：

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let dog = new Dog('Buddy');
console.log(dog instanceof Animal); // true

混入可用于在不使用传统继承的情况下跨类共享功能，实现灵活代码复用。

错误处理概述

编程中，错误可能源于多种来源，导致意外行为。JavaScript通过try...catch语句提供健壮的错误管理机制，允许开发者处理异常而不中断脚本执行。

Try Catch结构

try...catch语句包含可能抛出错误的try代码块，后接若发生错误则执行的catch块。此外，可包含finally块，无论是否抛出错误均会运行。

执行流程

  • Try块：放置可能引发错误的代码。
  • Catch块：若发生错误，控制权转移至catch块，可在此优雅处理错误。
  • Finally块：若存在，在try和catch后执行，确保清理代码运行。

示例

以下简单示例演示try...catch用法：

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try {
    let result = riskyFunction(); // 可能抛出错误的函数
    console.log(result);
} catch (error) {
    console.error("发生错误：", error.message);
} finally {
    console.log("可在此执行清理操作。");
}

此示例中：

  • 若riskyFunction()抛出错误，catch块记录错误消息。
  • 无论是否发生错误，finally块均执行，允许必要清理。

同步特性

try...catch语句同步操作，意味着以线性方式执行代码，确保错误按顺序捕获和处理。

理解Catch绑定

当try块内发生错误时，触发catch块。此块接收错误对象（常称为exceptionVar，通常命名为err），包含错误关键信息。

错误对象属性

错误对象提供有价值细节，包括：

  • Message：错误描述。
  • Type：发生的错误类型。
  • Stack：堆栈跟踪（虽非标准但广泛支持），通过显示导致错误的调用路径辅助调试。

解构错误对象

可使用解构从错误对象简洁提取多个属性，使代码更清晰且易于访问必要信息。

示例

以下示例演示catch绑定和解构：

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try {
    // 可能抛出错误的代码
    let result = riskyOperation();
} catch ({ message, name, stack }) {
    console.error(`错误：${name} - ${message}`);
    console.error(`堆栈跟踪：${stack}`);
}

此示例中：

  • 当riskyOperation()发生错误时，catch块解构错误对象，直接访问message、name和stack。
  • 这不仅简化代码，还增强可读性，使记录和调试错误更轻松。

有效使用catch绑定帮助开发者管理异常并收集错误有意义的见解，提升应用整体健壮性。

创建自定义错误

在JavaScript中，可通过内置Error类创建自定义错误类型以增强错误处理。此方法允许开发者定义更符合应用上下文且更有意义的错误。

自定义错误优势

自定义错误使您能提供定制消息和附加属性，更易理解错误性质。此特性在需区分捕获和处理不同错误场景时尤为有用。

基本实现

创建自定义错误只需扩展Error类。以下为简单示例：

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class ValidationError extends Error {
    constructor(message) {
        super(message); // 调用父构造函数
        this.name = "ValidationError"; // 设置错误名称
    }
}

// 使用示例
try {
    throw new ValidationError("无效输入数据。");
} catch (error) {
    console.error(`${error.name}: ${error.message}`);
}

此示例中：

  • ValidationError是扩展Error的自定义错误类。
  • 当抛出ValidationError实例时，携带特定消息并有 distinct 名称，易于识别。
  • catch块记录错误类型和消息，为调试提供清晰上下文。

引言

在JavaScript中，回调是作为参数传递给其他函数的函数，支持异步操作。然而，它们可能导致复杂难管理的代码，常称为“回调地狱”。

Promise基础

Promise为处理异步操作提供更简洁的替代方案。Promise表示可能现在、将来或永远不可用的值，可处于三种状态之一：pending、fulfilled或rejected。例如：

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let myPromise = new Promise((resolve, reject) => {
    // 模拟异步操作
    setTimeout(() => {
        resolve("操作成功！");
    }, 1000);
});

Promise链式调用

Promise可使用.then()方法链式调用，允许异步任务顺序执行。每个.then()返回新promise：

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myPromise
    .then(result => {
        console.log(result);
        return "下一步！";
    })
    .then(nextResult => console.log(nextResult));

Promise错误处理

Promise中的错误可使用.catch()方法捕获，处理promise链中的任何拒绝：

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myPromise
    .then(result => {
        throw new Error("出错了！");
    })
    .catch(error => console.error("错误：", error.message));

Promise API

JavaScript提供内置Promise API，包含如Promise.all()（用于同时处理多个promise）和Promise.race()（在任一promise解决或拒绝时立即解决）等方法。

Promisify

您可使用称为“promisification”的技术将基于回调的函数转换为promise，实现更简洁的异步代码。例如：

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const fs = require('fs');
const readFile = (filePath) => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        fs.readFile(filePath, 'utf8', (err, data) => {
            if (err) reject(err);
            else resolve(data);
        });
    });
};

微任务

Promise在微任务队列中执行，允许它们在下次事件循环迭代前完成，确保promise解决被及时处理。

Async/Await

ES2017引入的async/await提供更同步的方式编写异步代码。async函数返回promise，await关键字暂停执行直至promise解决：

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async function fetchData() {
    try {
        const data = await readFile('example.txt');
        console.log(data);
    } catch (error) {
        console.error("错误：", error.message);
    }
}

什么是模块？

在JavaScript中，模块本质上是封装代码的单个文件，使其能高效组织和复用。模块可使用export和import关键字相互交互，促进功能在应用不同部分共享。

模块化重要性

模块化在大型软件开发中至关重要，它将应用分解为可管理、可互换的组件。此方法增强可维护性和可扩展性，使开发和更新代码更轻松。

导出与导入

export关键字用于指定哪些变量和函数应从模块外部访问。例如：

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// mathModule.js
export const add = (a, b) => a + b;
export const subtract = (a, b) => a - b;

要在另一模块中使用这些导出函数，可使用import语句：

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// main.js
import { add, subtract } from './mathModule.js';

console.log(add(5, 3)); // 输出：8
console.log(subtract(5, 3)); // 输出：2

什么是导入？

JavaScript中的导入是将导出代码从一模块引入另一模块的过程。此功能对于集成各种组件和库至关重要，使开发者能高效构建复杂应用。

导入语法

一种常见导入代码的方式是使用语法import * as。此方法导入模块所有导出元素并将其分配给单个对象，使访问多个导出更轻松，无需单独导入每个。

导入所有导出示例

考虑名为utils.js的模块，它导出多个实用函数：

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// utils.js
export const formatDate = (date) => date.toISOString();
export const parseDate = (dateString) => new Date(dateString);

您可如下将所有函数导入另一文件：

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// main.js
import * as utils from './utils.js';

const date = new Date();
console.log(utils.formatDate(date)); // 输出ISO格式日期
console.log(utils.parseDate('2022-01-01')); // 转换字符串为Date对象

花括号特定导入

若仅需导入特定元素，可使用花括号显式列出它们：

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import { formatDate } from './utils.js';

console.log(formatDate(date)); // 输出ISO格式日期

什么是动态导入？

动态导入提供在JavaScript中加载模块的灵活方法，与传统静态导入形成鲜明对比。静态导入要求所有模块在脚本启动时加载，可能导致较长初始加载时间，而动态导入允许按需加载模块。此方法可显著提升性能并增强用户体验。

静态与动态导入对比

静态导入中，模块预先加载：

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// 静态导入（传统方法）
import { module } from './path/to/module.js';

相反，动态导入使用基于promise的语法，使模块能按需加载：

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// 动态导入
const module = await import('./path/to/module.js');

动态导入优势

动态导入在应用某些部分有条件要求或非立即需要时尤为有用。此能力允许开发者实现代码分割，减少初始包大小并改善加载时间。

示例用例

例如，若您有仅在特定条件下使用的功能（如设置页面），可在用户导航至该页面时动态导入：

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async function loadSettings() {
    const settingsModule = await import('./settings.js');
    settingsModule.initialize();
}

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