クラスの継承

クラスの継承は、あるクラスが別のクラスを拡張するための方法です。

つまり、既存の機能の上に、新たな機能を作ることができます。

“extends” キーワード

クラス Animal があるとします:

class Animal {
  constructor(name) {
    this.speed = 0;
    this.name = name;
  }
  run(speed) {
    this.speed += speed;
    alert(`${this.name} runs with speed ${this.speed}.`);
  }
  stop() {
    this.speed = 0;
    alert(`${this.name} stopped.`);
  }
}

let animal = new Animal("My animal");

これは、animal オブジェクトと Animal クラスを、グラフィカルに表現したものです。:

…そしてもう１つの class Rabbit を作成します。

うさぎ(rabbit)は動物(animal)なので、Rabbit クラスは Animal がベースとなり、animal メソッドへアクセスできます。これで、“一般的な” 動物が実行できることをうさぎも実行できます。

別のクラスを拡張する構文は class Child extends Parent です。

Animal を継承した class Rabbit を作成しましょう。:

class Rabbit extends Animal {
  hide() {
    alert(`${this.name} hides!`);
  }
}

let rabbit = new Rabbit("White Rabbit");

rabbit.run(5); // White Rabbit runs with speed 5.
rabbit.hide(); // White Rabbit hides!

Rabbit クラスのオブジェクトは、rabbit.hide() のように Rabbit のメソッドと、rabbit.run() のように Animal メソッド両方が利用できます。

内部では、extends キーワードは、以前からあるプロトタイプの仕組みを使用して動作しています。Rabbit.prototype.[[Prototype]] を Animal.prototype にセットします。そのため、Rabbit.prototype でメソッドが見つからない場合には、JavaScript は Animal.prototype から取得します。

例えば、rabbit.run メソッドを見つけるために、エンジンは次のようにチェックします（図の下から上）:

1. rabbit オブジェクト(run はありません)。
2. そのプロトタイプ、つまり Rabbit.prototype(hide はありますが、runはありません)。
3. そのプロトタイプ、つまり (extends しているため) Animal.prototype, (最終的に run メソッドを持ちます)。

ネイティブのプロトタイプ の章から想起できるように、JavaScript は同じプロトタイプ継承を組み込みオブジェクトに対しても使います。E.g. Date.prototype.[[Prototype]] は Object.prototype なので、date は一般的なオブジェクトメソッドを持っています。

function f(phrase) {
  return class {
    sayHi() { alert(phrase) }
  }
}

class User extends f("Hello") {}

new User().sayHi(); // Hello

メソッドのオーバーライド

では、前に進めてメソッドをオーバライドをしてみましょう。デフォルトでは、class Rabbit では指定されておらず、class Animal から直接 “そのまま” 取得しています。

ですが、Rabbit で自身の stop を指定すると、代わりにそれが使われます。:

class Rabbit extends Animal {
  stop() {
    // ...class Animal の stop() の代わりに
    // rabbit.stop() で利用されます
  }
}

通常は親メソッドを完全に置き換えるのではなく、その上に機能の微調整または拡張を行うことを望みます。メソッド内で何かをしますが、その前後または処理中に親メソッドを呼び出します。

クラスはそのために "super" キーワードを提供しています。

• super.method(...) は親メソッドを呼び出します。
• super(...) は親のコンストラクタを呼び出します(コンストラクタの内側でのみ)。

例えば、うさぎ(rabbit)が止まったとき自動的に隠れさせます。:

class Animal {

  constructor(name) {
    this.speed = 0;
    this.name = name;
  }

  run(speed) {
    this.speed += speed;
    alert(`${this.name} runs with speed ${this.speed}.`);
  }

  stop() {
    this.speed = 0;
    alert(`${this.name} stopped.`);
  }

}

class Rabbit extends Animal {
  hide() {
    alert(`${this.name} hides!`);
  }

  stop() {
    super.stop(); // 親の stop 呼び出し
    this.hide(); // その後隠す
  }
}

let rabbit = new Rabbit("White Rabbit");

rabbit.run(5); // White Rabbit runs with speed 5.
rabbit.stop(); // White Rabbit stopped. White rabbit hides!

今、 Rabbit は処理の中で親 super.stop() を呼び出す stop メソッドを持ちます。

class Rabbit extends Animal {
  stop() {
    setTimeout(() => super.stop(), 1000); // 1秒後、親の stop を実行
  }
}

// Unexpected super
setTimeout(function() { super.stop() }, 1000);

コンストラクタのオーバライド

コンストラクタに対しては、少し用心が必要です。

今まで、Rabbit は自身の constructor を持っていませんでした。

仕様(specification)によると、クラスが別のクラスを拡張し、constructor を持たない場合、次のような constructor が生成されます。

class Rabbit extends Animal {
  // 独自のコンストラクタを持たないクラスを拡張するために生成されます
  constructor(...args) {
    super(...args);
  }
}

ご覧の通り、基本的にはすべての引数を渡して親の constructor を呼び出します。それは自身のコンストラクタを書いていない場合に起こります。

では、カスタムのコンストラクタを Rabbit に追加してみましょう。それは name に加えて earLength を指定します。:

class Animal {
  constructor(name) {
    this.speed = 0;
    this.name = name;
  }
  // ...
}

class Rabbit extends Animal {

  constructor(name, earLength) {
    this.speed = 0;
    this.name = name;
    this.earLength = earLength;
  }

  // ...
}

// 動作しません!
let rabbit = new Rabbit("White Rabbit", 10); // Error: this は定義されていません

おっと! エラーになりました。これではうさぎを作ることができません。何が間違っていたのでしょう？

簡単な回答:

• 継承したクラスのコンストラクタは super(...) を呼び出し、(!) this を使う前にそれを行わなければなりません。

…しかしなぜでしょうか？ ここで何が起きているのでしょう？ 確かにこの要件は奇妙に見えます。

もちろん、これに対する説明がありますので詳細を見てみましょう。これで何が起こっているのかを理解するでしょう。

JavaScriptでは、継承しているクラスのコンストラクタ関数(いわゆる “派生コンストラクタ(derived constructor)”) とその他の関数で区別があります。派生コンストラクタ関数は特別な内部プロパティ [[ConstructorKind]]:"derived" が付けられ、特別な内部のラベルです。

このラベルは new の振る舞いに影響を与えます、

• 通常の関数が new で実行される際、空のオブジェクトを作成し、 this に割り当てます。
• ですが、派生コンストラクタが実行されるとき、そうは実行されません。親のコンストラクタがこのジョブを実行することを期待します。

なので、親(元になる)コンストラクタを実行するために、派生コンスタクタは super の呼び出しが必要になります。そうしないと、this のオブジェクトは生成されないからです。結果、エラーになるでしょう。

Rabbit コンストラクタを動作させるために、this を使う前に super() を呼びます。:

class Animal {

  constructor(name) {
    this.speed = 0;
    this.name = name;
  }

  // ...
}

class Rabbit extends Animal {

  constructor(name, earLength) {
    super(name);
    this.earLength = earLength;
  }

  // ...
}

// 今は問題ありません
let rabbit = new Rabbit("White Rabbit", 10);
alert(rabbit.name); // White Rabbit
alert(rabbit.earLength); // 10

クラスフィールドのオーバーライド: a tricky note

メソッドだけではなく、クラスフィールドもオーバーライドすることができます。

ですが、親のコンストラクタでオーバーライドされたフィールドにアクセスする際、多くの他他のプログラミング言語とは大きく異る、トリッキーな振る舞いがあります。

この例を考えます:

class Animal {
  name = 'animal';

  constructor() {
    alert(this.name); // (*)
  }
}

class Rabbit extends Animal {
  name = 'rabbit';
}

new Animal(); // animal
new Rabbit(); // animal

ここでは、クラス Rabbit は Animal を拡張しており、name フィールドを自身の値としてオーバーライドしています。

Rabbit には自身のコンストラクタはないので、Animal コンストラクタが呼ばれます。

興味深いことは、new Animal() と new Rabbit() 両方のケースで、行 (*) の alert は animal を表示することです。

言い換えると、親コンストラクタは常にオーバーライドされたものではなく、自身のフィールド値を利用します。

何がおかしいでしょうか?

まだはっきりしない場合は、メソッドの場合と比較してみてください。

ここには同じコードがありますが、this.name フィールドの代わりに this.showName() メソッドを呼んでいます。:

class Animal {
  showName() {  // this.name = 'animal' の代わり
    alert('animal');
  }

  constructor() {
    this.showName(); // alert(this.name); の代わり
  }
}

class Rabbit extends Animal {
  showName() {
    alert('rabbit');
  }
}

new Animal(); // animal
new Rabbit(); // rabbit

注目してください: 出力結果は異なります。

そして、これは自然に期待しているものです。親コンストラクタが派生クラスで呼び出されるとき、オーバーライドされたメソッドが使用されます。

…ですが、クラスフィールドの場合はそうではありません。前述のように、親コンストラクタは常に親フィールドを使用します。

なぜ差異があるのでしょうか？

理由は、フィールドの初期化順です。クラスフィールドは次のタイミングで初期化されます:

• ベースクラスのコンストラクタ(何も拡張していない)の前
• 派生クラスの super() の直後

今回のケースでは、Rabbit は派生クラスで、constructor() はありません。以前言った通り、これはsuper(...args) だけがある空のコンストラクタと同じです。

そのため、new Rabbit() は super() を呼び出し、親コンストラクタを実行し、(派生クラスのルールに従い)その後クラスフィールドが初期化されます。親コンストラクタが実行された時点では、まだ Rabbit クラスフィールドはないため、Animal フィールドが使用されます。

フィールドとメソッドのこの微妙な違いは、JavaScript 固有のものです。

幸い、この振る舞いはオーバーライドされたフィールドが親コンストラクタの中で使用されている場合にのみです。出くわすと何が起こっているのか理解するのが難しいかもしれないので、ここで説明しています。

問題担った場合には、フィールドの代わりにメソッドあるいは getter/setter を使用して修正できます。

Super: internals, [[HomeObject]]

super の内部をもう少し詳細に見ていきましょう。ここまでで、いくつか興味深いことがあります。

まず最初に、今まで学んできたすべてのことだけでは、 super が完全動作するのは不可能です!

確かに、それが技術的にどのように動くのか、自問してみましょう。オブジェクトメソッドを実行するとき、this は現在のオブジェクトを取ります。もし super.method() を呼び出す場合、エンジンは現在のオブジェクトのプロトタイプから method を取得する必要があります。

課題はシンプルに見えますが、そうではありません。エンジンは現在のオブジェクト this を知っているので、this.__proto__.method で親の method が取得できるかもしれません。残念ながら、このような “単純な” 解決策は機能しません。

問題をデモしてみましょう。簡単にするために、クラスなしで単純なオブジェクトを使用します。

詳細を知る必要がなければ、このパートをスキップして [[HomeObject]] サブセクションに進んでください。特に問題はありません。ここは物事を深く理解することに興味がある場合に呼んでください。

以下の例で、rabbit.__proto__ = animal です。rabbit.eat() で、this.__proto__ を使用して、animal.eat() メソッドを呼び出します:

let animal = {
  name: "Animal",
  eat() {
    alert(this.name + " eats.");
  }
};

let rabbit = {
  __proto__: animal,
  name: "Rabbit",
  eat() {
    // これがおそらく super.eat() が動作する方法です
    this.__proto__.eat.call(this); // (*)
  }
};

rabbit.eat(); // Rabbit eats.

行 (*) でプロトタイプ(animal) から eat を取り、現在のオブジェクトコンテキストでそれを呼び出します。.call(this) はここでは重要であることに注意してください。なぜなら、シンプルな this.__proto__.eat() は現在のオブジェクトではなくプロトタイプのコンテキストで親の eat を実行するためです。

また、上のコードは実際に期待通り動作します: 正しい alert になります。

今度はもう1つのオブジェクトをチェーンに追加しましょう。 どのように壊れるかを見てみます:

let animal = {
  name: "Animal",
  eat() {
    alert(this.name + " eats.");
  }
};

let rabbit = {
  __proto__: animal,
  eat() {
    // ...bounce around rabbit-style 親 (animal) メソッドを呼び出す
    this.__proto__.eat.call(this); // (*)
  }
};

let longEar = {
  __proto__: rabbit,
  eat() {
    // ...do something with long ears 親 (rabbit) メソッドを呼び出す
    this.__proto__.eat.call(this); // (**)
  }
};

longEar.eat(); // Error: 最大呼び出しスタックサイズを超えました

コードはこれ以上動作しません! longEar.ear() を呼び出そうとするとエラーになります。

これは明白ではないかもしれませんが、もし longEar.eat() 呼び出しをトレースをするとなぜかが分かります。行 (*) と (**) は共に、this の値は現在のオブジェクト (longEar) です。それが肝心です: すべてのオブジェクトメソッドはプロトタイプなどではなく、現在のオブジェクトを this として取得します。

したがって、行 (*) と (**) は共に、this.__proto__ の値は全く同じで、rabbit です。それらは両方とも、無限ループで rabbit.eat を呼んでいます。

これは何が起きているかを示す図です。:

1. longEar.eat() の中で、行 (**) は this=longEar となる rabbit.eat を呼び出します。

   // longEar.eat() の中では this = longEar です
   this.__proto__.eat.call(this) // (**)
   // なので次のようになります
   longEar.__proto__.eat.call(this)
   // つまり呼ばれるのは
   rabbit.eat.call(this);

2. 次に rabbit.eat の 行 (*) で、チェーンの中でより高次へ呼び出しを渡したいですが、this=longEar なので、 this=__prto__.eat は再び rabbit.eat です!

   // rabbit.eat() の中でも this = longEar です
   this.__proto__.eat.call(this) // (*)
   // なので次のようになります
   longEar.__proto__.eat.call(this)
   // なので (再び)
   rabbit.eat.call(this);

3. …したがって、それ以上高次へ登ることができないので、rabbit.eat はエンドレスで自身を呼び出します。

this だけを使ってこの問題を解くことはできません。

[[HomeObject]]

その解決策を提供するため、JavaScriptはもう１つ関数のための特別な内部プロパティを追加しています: [[HomeObject]] です。

関数がクラスまたはオブジェクトメソッドとして指定されたとき、その [[HomeObject]] プロパティはそのオブジェクトになります。

そして、super はこれを使って親のプロトタイプとメソッドメソッドを解決しましま。

最初のオブジェクトで、それがどのように動くのか見てみましょう:

let animal = {
  name: "Animal",
  eat() {         // [[HomeObject]] == animal
    alert(this.name + " eats.");
  }
};

let rabbit = {
  __proto__: animal,
  name: "Rabbit",
  eat() {         // [[HomeObject]] == rabbit
    super.eat();
  }
};

let longEar = {
  __proto__: rabbit,
  name: "Long Ear",
  eat() {         // [[HomeObject]] == longEar
    super.eat();
  }
};

// ただしく機能します
longEar.eat();  // Long Ear eats.

[[HomeObject]] のより、意図したとおりに動作します。longEar.eat のようなメソッドは、その [[HomeObject]] を知っており、そのプロトタイプから親のメソッドを取得します。this を使用することなく。

メソッドは “自由” ではありません

これまでの認識の通り、一般的な関数は “自由” であり、JavaScript のオブジェクトにバインドされていません。そのため、オブジェクト間でコピーしたり別の this で呼び出すことができます。

しかし、メソッドはそのオブジェクトを記録しているため、[[HomeObject]] の存在はその原則に違反します。[[HomeObject]] は変更できないため、このバインドは永遠です。

[[HomeObject]] が使用される言語での唯一の場所が super です。したがって、メソッドが super を使用しない場合、メソッドは以前として自由とみなせ、オブジェクト間でコピーできます。しかし、super があると、うまくいかない可能性があります。

これはコピー後の上手く行かない super の結果のデモです:

let animal = {
  sayHi() {
    alert(`I'm an animal`);
  }
};

// rabbit は animal を継承
let rabbit = {
  __proto__: animal,
  sayHi() {
    super.sayHi();
  }
};

let plant = {
  sayHi() {
    alert("I'm a plant");
  }
};

// tree は plant を継承
let tree = {
  __proto__: plant,
  sayHi: rabbit.sayHi // (*)
};

tree.sayHi();  // I'm an animal (?!?)

tree.sayHi() の呼び出しは、“I’m an animal” を表示します。これは間違いです。

理由は簡単です:

• 行 (*) で、メソッド tree.sayHi は rabbit からコピーされました。
• rabbit で作られているので、[[HomeObject]] は rabbit です。[[HomeObject]] を変える方法はありません。
• tree.sayHi() のコードは super.sayHi() を内部に持ちます。rabbit から進み、animal よりメソッドを取得します。

これが、起きていることの図です。:

関数プロパティではないメソッド

[[HomeObject]] はクラスと単純なオブジェクト両方で定義されたメソッドに対して定義されています。しかし、オブジェクトの場合、メソッドは指定された方法で正確に指定されなければなりません。: "method: function()" ではなく method() として指定する必要があります。

我々にとってこの違いは本質的ではないかもしれませんが、JavaScript にとっては重要です。

下の例では、上の例との比較のために非メソッド構文を使っています。[[HomeObject]] プロパティはセットされず、継承は動作しません。:

let animal = {
  eat: function() { // 短縮構文: eat() {...} にする必要があります
    // ...
  }
};

let rabbit = {
  __proto__: animal,
  eat: function() {
    super.eat();
  }
};

rabbit.eat();  // super 呼び出しエラー([[HomeObject]] が無いため)

サマリ

1. クラスを拡張するには: class Child extends Parent:
   • これは Child.prototype.__proto__ は Parent.prototype になることを意味し、メソッドが継承されます。
2. コンストラクタをオーバーライドするとき:
   • this を使う前に Child コンストラクタの中で super として親のコンストラクタを呼ぶ必要があります。
3. 他のメソッドをオーバーライドするとき:
   • super.method() を使用することで、Child で親のメソッドを呼び出すことができます。
4. 内部:
   • メソッドは内部の [[HomeObject]] プロパティで自身のクラス/オブジェクトを覚えています。 これが super が親メソッドを解決する方法です。
   • そのため、あるオブジェクトから別のオブジェクトへ super を持つメソッドをコピーするのは安全ではありません。

また：

• アロー関数は独自の this や super を持っていないので、周囲の文脈に透過的にフィットします。