认识一下JavaScrip中的元编程

2024-04-23 11:17 由华为云开发者联盟发表于 #软件工程

本文分享自华为云社区《元编程，使代码更具描述性、表达性和灵活性》，作者：叶一一。

背景

去年下半年，我在微信书架里加入了许多技术书籍，各种类别的都有，断断续续的读了一部分。

没有计划的阅读，收效甚微。

新年伊始，我准备尝试一下其他方式，比如阅读周。每月抽出1~2个非连续周，完整阅读一本书籍。

这个“玩法”虽然常见且板正，但是有效，已经坚持阅读三个月。

4月份的阅读计划有两本，《你不知道的JavaScrip》系列迎来收尾。

已读完书籍：《架构简洁之道》、《深入浅出的Node.js》、《你不知道的JavaScript（上卷）》、《你不知道的JavaScript（中卷）》。

当前阅读周书籍：《你不知道的JavaScript（下卷）》。

元编程

函数名称

程序中有多种方式可以表达一个函数，函数的“名称”应该是什么并非总是清晰无疑的。

更重要的是，我们需要确定函数的“名称”是否就是它的name属性（是的，函数有一个名为name的属性），或者它是否指向其词法绑定名称，比如function bar(){..}中的bar。

name属性是用于元编程目的的。

默认情况下函数的词法名称（如果有的话）也会被设为它的name属性。实际上，ES5（和之前的）规范对这一行为并没有正式要求。name属性的设定是非标准的，但还是比较可靠的。而在ES6中这一点已经得到了标准化。

在ES6中，现在已经有了一组推导规则可以合理地为函数的name属性赋值，即使这个函数并没有词法名称可用。

比如：

var abc = function () {
  // ..
};

abc.name; // "abc"

下面是ES6中名称推导（或者没有名称）的其他几种形式：

(function(){ .. });                      // name:
(function*(){ .. });                     // name:
window.foo = function(){ .. };            // name:
class Awesome {
    constructor() { .. }                  // name: Awesome
    funny() { .. }                        // name: funny
}

var c = class Awesome { .. };             // name: Awesome
var o = {
    foo() { .. },                          // name: foo
    *bar() { .. },                        // name: bar
    baz: () => { .. },                    // name: baz
    bam: function(){ .. },               // name: bam
    get qux() { .. },                    // name: get qux
    set fuz() { .. },                    // name: set fuz
    ["b" + "iz"]:
      function(){ .. },                // name: biz
    [Symbol( "buz" )]:
      function(){ .. }                 // name: [buz]
};

var x = o.foo.bind( o );                 // name: bound foo
(function(){ .. }).bind( o );             // name: bound
export default function() { .. }     // name: default
var y = new Function();              // name: anonymous
var GeneratorFunction =
    function*(){}.  proto  .constructor;
var z = new GeneratorFunction();     // name: anonymous

默认情况下，name属性不可写，但可配置，也就是说如果需要的话，可使用Object. defineProperty(..)来手动修改。

元属性

元属性以属性访问的形式提供特殊的其他方法无法获取的元信息。

以new.target为例，关键字new用作属性访问的上下文。显然，new本身并不是一个对象，因此这个功能很特殊。而在构造器调用（通过new触发的函数/方法）内部使用new. target时，new成了一个虚拟上下文，使得new.target能够指向调用new的目标构造器。

这个是元编程操作的一个明显示例，因为它的目的是从构造器调用内部确定最初new的目标是什么，通用地说就是用于内省（检查类型/结构）或者静态属性访问。

举例来说，你可能需要在构造器内部根据是直接调用还是通过子类调用采取不同的动作：

class Parent {
  constructor() {
    if (new.target === Parent) {
      console.log('Parent instantiated');
    } else {
      console.log('A child instantiated');
    }
  }
}

class Child extends Parent {}

var a = new Parent();
// Parent instantiated

var b = new Child();
// A child instantiated

Parent类定义内部的constructor()实际上被给定了类的词法名称（Parent），即使语法暗示这个类是与构造器分立的实体。

公开符号

JavaScript预先定义了一些内置符号，称为公开符号（Well-Known Symbol,WKS）。

定义这些符号主要是为了提供专门的元属性，以便把这些元属性暴露给JavaScript程序以获取对JavaScript行为更多的控制。

Symbol.iterator

Symbol.iterator表示任意对象上的一个专门位置（属性），语言机制自动在这个位置上寻找一个方法，这个方法构造一个迭代器来消耗这个对象的值。很多对象定义有这个符号的默认值。

然而，也可以通过定义Symbol.iterator属性为任意对象值定义自己的迭代器逻辑，即使这会覆盖默认的迭代器。这里的元编程特性在于我们定义了一个行为特性，供JavaScript其他部分（也就是运算符和循环结构）在处理定义的对象时使用。

比如：

var arr = [4, 5, 6, 7, 8, 9];

for (var v of arr) {
  console.log(v);
}
// 4 5 6 7 8 9

// 定义一个只在奇数索引值产生值的迭代器
arr[Symbol.iterator] = function* () {
  var idx = 1;
  do {
    yield this[idx];
  } while ((idx += 2) < this.length);
};

for (var v of arr) {
  console.log(v);
}
// 5 7 9

Symbol.toStringTag与Symbol.hasInstance

最常见的一个元编程任务，就是在一个值上进行内省来找出它是什么种类，这通常是为了确定其上适合执行何种运算。对于对象来说，最常用的内省技术是toString()和instanceof。

在ES6中，可以控制这些操作的行为特性：

function Foo(greeting) {
  this.greeting = greeting;
}

Foo.prototype[Symbol.toStringTag] = 'Foo';

Object.defineProperty(Foo, Symbol.hasInstance, {
  value: function (inst) {
    return inst.greeting == 'hello';
  },
});

var a = new Foo('hello'),
  b = new Foo('world');

b[Symbol.toStringTag] = 'cool';

a.toString(); // [object Foo]
String(b); // [object cool]
a instanceof Foo; // true

b instanceof Foo; // false

原型（或实例本身）的@@toStringTag符号指定了在[object ]字符串化时使用的字符串值。

@@hasInstance符号是在构造器函数上的一个方法，接受实例对象值，通过返回true或false来指示这个值是否可以被认为是一个实例。

Symbol.species

在创建Array的子类并想要定义继承的方法（比如slice(..)）时使用哪一个构造器（是Array(..)还是自定义的子类）。默认情况下，调用Array子类实例上的slice(..)会创建这个子类的新实例

这个需求，可以通过覆盖一个类的默认@@species定义来进行元编程：

class Cool {
  // 把@@species推迟到子类
  static get [Symbol.species]() {
    return this;
  }

  again() {
    return new this.constructor[Symbol.species]();
  }
}

class Fun extends Cool {}

class Awesome extends Cool {
  // 强制指定@@species为父构造器
  static get [Symbol.species]() {
    return Cool;
  }
}

var a = new Fun(),
  b = new Awesome(),
  c = a.again(),
  d = b.again();

c instanceof Fun; // true
d instanceof Awesome; // false
d instanceof Cool; // true

内置原生构造器上Symbol.species的默认行为是return this。在用户类上没有默认值，但是就像展示的那样，这个行为特性很容易模拟。

如果需要定义生成新实例的方法，使用new this.constructor[Symbol.species](..)模式元编程，而不要硬编码new this.constructor(..)或new XYZ(..)。然后继承类就能够自定义Symbol.species来控制由哪个构造器产生这些实例。

代理

ES6中新增的最明显的元编程特性之一是Proxy（代理）特性。

代理是一种由你创建的特殊的对象，它“封装”另一个普通对象——或者说挡在这个普通对象的前面。你可以在代理对象上注册特殊的处理函数（也就是trap），代理上执行各种操作的时候会调用这个程序。这些处理函数除了把操作转发给原始目标/被封装对象之外，还有机会执行额外的逻辑。

你可以在代理上定义的trap处理函数的一个例子是get，当你试图访问对象属性的时候，它拦截[[Get]]运算。

var obj = { a: 1 },
  handlers = {
    get(target, key, context) {
      // 注意：target === obj,
      // context === pobj
      console.log('accessing: ', key);
      return Reflect.get(target, key, context);
    },
  },
  pobj = new Proxy(obj, handlers);

obj.a;
// 1
pobj.a;
// accessing: a
// 1

我们在handlers（Proxy(..)的第二个参数）对象上声明了一个get(..)处理函数命名方法，它接受一个target对象的引用（obj）、key属性名("a")粗体文字以及self/接收者/代理（pobj）。

代理局限性

可以在对象上执行的很广泛的一组基本操作都可以通过这些元编程处理函数trap。但有一些操作是无法（至少现在）拦截的。

var obj = { a:1, b:2 },
handlers = { .. },
pobj = new Proxy( obj, handlers );
typeof obj;
String( obj );

obj + "";
obj == pobj;
obj === pobj

总结

我们来总结一下本篇的主要内容：

在ES6之前，JavaScript已经有了不少的元编程功能，而ES6提供了几个新特性，显著提高了元编程能力。
从匿名函数的函数名推导，到提供了构造器调用方式这样的信息的元属性，你可以比过去更深入地查看程序运行时的结构。通过公开符号可以覆盖原本特性，比如对象到原生类型的类型转换。代理可以拦截并自定义对象的各种底层操作，Reflect提供了工具来模拟它们。
原著作者建议：首先应将重点放在了解这个语言的核心机制到底是如何工作的。而一旦你真正了解了JavaScript本身的运作机制，那么就是开始使用这些强大的元编程能力进一步应用这个语言的时候了。

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