認識一下JavaScrip中的元編程

本文分享自華爲雲社區《元編程，使代碼更具描述性、表達性和靈活性》，作者： 葉一一。

背景

去年下半年，我在微信書架里加入了許多技術書籍，各種類別的都有，斷斷續續的讀了一部分。

沒有計劃的閱讀，收效甚微。

新年伊始，我準備嘗試一下其他方式，比如閱讀周。每月抽出1~2個非連續周，完整閱讀一本書籍。

這個“玩法”雖然常見且板正，但是有效，已經堅持閱讀三個月。

4月份的閱讀計劃有兩本，《你不知道的JavaScrip》系列迎來收尾。

已讀完書籍：《架構簡潔之道》、《深入淺出的Node.js》、《你不知道的JavaScript（上卷）》、《你不知道的JavaScript（中卷）》。

當前閱讀周書籍：《你不知道的JavaScript（下卷）》。

元編程

函數名稱

程序中有多種方式可以表達一個函數，函數的“名稱”應該是什麼並非總是清晰無疑的。

更重要的是，我們需要確定函數的“名稱”是否就是它的name屬性（是的，函數有一個名爲name的屬性），或者它是否指向其詞法綁定名稱，比如function bar(){..}中的bar。

name屬性是用於元編程目的的。

默認情況下函數的詞法名稱（如果有的話）也會被設爲它的name屬性。實際上，ES5（和之前的）規範對這一行爲並沒有正式要求。name屬性的設定是非標準的，但還是比較可靠的。而在ES6中這一點已經得到了標準化。

在ES6中，現在已經有了一組推導規則可以合理地爲函數的name屬性賦值，即使這個函數並沒有詞法名稱可用。

比如：

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

abc.name; // "abc"

下面是ES6中名稱推導（或者沒有名稱）的其他幾種形式：

(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

默認情況下，name屬性不可寫，但可配置，也就是說如果需要的話，可使用Object. defineProperty(..)來手動修改。

元屬性

元屬性以屬性訪問的形式提供特殊的其他方法無法獲取的元信息。

以new.target爲例，關鍵字new用作屬性訪問的上下文。顯然，new本身並不是一個對象，因此這個功能很特殊。而在構造器調用（通過new觸發的函數/方法）內部使用new. target時，new成了一個虛擬上下文，使得new.target能夠指向調用new的目標構造器。

這個是元編程操作的一個明顯示例，因爲它的目的是從構造器調用內部確定最初new的目標是什麼，通用地說就是用於內省（檢查類型/結構）或者靜態屬性訪問。

舉例來說，你可能需要在構造器內部根據是直接調用還是通過子類調用採取不同的動作：

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類定義內部的constructor()實際上被給定了類的詞法名稱（Parent），即使語法暗示這個類是與構造器分立的實體。

公開符號

JavaScript預先定義了一些內置符號，稱爲公開符號（Well-Known Symbol,WKS）。

定義這些符號主要是爲了提供專門的元屬性，以便把這些元屬性暴露給JavaScript程序以獲取對JavaScript行爲更多的控制。

Symbol.iterator

Symbol.iterator表示任意對象上的一個專門位置（屬性），語言機制自動在這個位置上尋找一個方法，這個方法構造一個迭代器來消耗這個對象的值。很多對象定義有這個符號的默認值。

然而，也可以通過定義Symbol.iterator屬性爲任意對象值定義自己的迭代器邏輯，即使這會覆蓋默認的迭代器。這裏的元編程特性在於我們定義了一個行爲特性，供JavaScript其他部分（也就是運算符和循環結構）在處理定義的對象時使用。

比如：

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

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

// 定義一個只在奇數索引值產生值的迭代器
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與Symbol.hasInstance

最常見的一個元編程任務，就是在一個值上進行內省來找出它是什麼種類，這通常是爲了確定其上適合執行何種運算。對於對象來說，最常用的內省技術是toString()和instanceof。

在ES6中，可以控制這些操作的行爲特性：

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（或實例本身）的@@toStringTag符號指定了在[object ]字符串化時使用的字符串值。

@@hasInstance符號是在構造器函數上的一個方法，接受實例對象值，通過返回true或false來指示這個值是否可以被認爲是一個實例。

Symbol.species

在創建Array的子類並想要定義繼承的方法（比如slice(..)）時使用哪一個構造器（是Array(..)還是自定義的子類）。默認情況下，調用Array子類實例上的slice(..)會創建這個子類的新實例

這個需求，可以通過覆蓋一個類的默認@@species定義來進行元編程：

class Cool {
  // 把@@species推遲到子類
  static get [Symbol.species]() {
    return this;
  }

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

class Fun extends Cool {}

class Awesome extends Cool {
  // 強制指定@@species爲父構造器
  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

內置原生構造器上Symbol.species的默認行爲是return this。在用戶類上沒有默認值，但是就像展示的那樣，這個行爲特性很容易模擬。

如果需要定義生成新實例的方法，使用new this.constructor[Symbol.species](..)模式元編程，而不要硬編碼new this.constructor(..)或new XYZ(..)。然後繼承類就能夠自定義Symbol.species來控制由哪個構造器產生這些實例。

代理

ES6中新增的最明顯的元編程特性之一是Proxy（代理）特性。

代理是一種由你創建的特殊的對象，它“封裝”另一個普通對象——或者說擋在這個普通對象的前面。你可以在代理對象上註冊特殊的處理函數（也就是trap），代理上執行各種操作的時候會調用這個程序。這些處理函數除了把操作轉發給原始目標/被封裝對象之外，還有機會執行額外的邏輯。

你可以在代理上定義的trap處理函數的一個例子是get，當你試圖訪問對象屬性的時候，它攔截[[Get]]運算。

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

我們在handlers（Proxy(..)的第二個參數）對象上聲明瞭一個get(..)處理函數命名方法，它接受一個target對象的引用（obj）、key屬性名("a")粗體文字以及self/接收者/代理（pobj）。

代理侷限性

可以在對象上執行的很廣泛的一組基本操作都可以通過這些元編程處理函數trap。但有一些操作是無法（至少現在）攔截的。

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

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

總結

我們來總結一下本篇的主要內容：

• 在ES6之前，JavaScript已經有了不少的元編程功能，而ES6提供了幾個新特性，顯著提高了元編程能力。
• 從匿名函數的函數名推導，到提供了構造器調用方式這樣的信息的元屬性，你可以比過去更深入地查看程序運行時的結構。通過公開符號可以覆蓋原本特性，比如對象到原生類型的類型轉換。代理可以攔截並自定義對象的各種底層操作，Reflect提供了工具來模擬它們。
• 原著作者建議：首先應將重點放在瞭解這個語言的核心機制到底是如何工作的。而一旦你真正瞭解了JavaScript本身的運作機制，那麼就是開始使用這些強大的元編程能力進一步應用這個語言的時候了。

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