阐述 JavaScript Decorators (Stage 3) 提案的 Method, Field, Class 装饰器的工作原理,以及它们在元编程和框架扩展中的应用。

各位观众,晚上好!今天咱们来聊聊 JavaScript Decorators,这玩意儿啊,说白了就是给你的代码“贴标签”、“加buff”,让你的代码更强大,更灵活。不过要注意,现在我们说的是 Stage 3 的 Decorators 提案,最终定稿可能还会有些许变化,但核心思想不会变。

什么是 Decorators?为啥要用它?

想象一下,你是一位建筑师,设计房子的时候,有些房间需要特别的装饰,比如防盗、隔音、智能控制等等。Decorator 就好比是这些装饰,你可以把它们“贴”在对应的房间上,而不需要修改房间本身的结构。

在代码世界里,Decorator 是一种特殊的声明,可以附加到类、方法、属性或参数上。它本质上就是一个函数,接收被装饰的对象作为参数,然后返回一个修改后的对象,或者直接修改原对象(不推荐)。

为什么要用 Decorators?

  • 代码复用: 将通用的逻辑封装成 Decorator,可以在多个地方重复使用,避免代码冗余。
  • 逻辑分离: 将装饰逻辑与核心业务逻辑分离,使代码更清晰,更易于维护。
  • 元编程能力: Decorator 提供了一种在运行时修改代码行为的能力,这在框架开发和AOP(面向切面编程)中非常有用。

三种 Decorator 类型:Method, Field, Class

Decorator 主要分为三种类型:Method Decorator(方法装饰器)、Field Decorator(字段装饰器)和 Class Decorator(类装饰器)。它们作用的对象不同,使用方式也略有差异。

1. Class Decorator (类装饰器)

这是最简单的一种 Decorator。它接收类的构造函数作为参数,可以用来修改类的行为,比如添加属性、方法,甚至替换整个类。

语法:

@decorator
class MyClass {
  // ...
}

工作原理:

@decorator 实际上等价于 MyClass = decorator(MyClass)。也就是说,Decorator 函数接收 MyClass 的构造函数作为参数,然后返回一个新的构造函数(或者直接修改 MyClass)。

例子:

function sealed(constructor: Function) {
  Object.seal(constructor);
  Object.seal(constructor.prototype);
}

@sealed
class BugReport {
  constructor(public id: number) {}
  submit() {
    return "Bug report submitted!";
  }
}

// 尝试添加属性或方法将会失败(严格模式下会报错,非严格模式下无提示)
BugReport.prototype.test = function() { console.log("test") };
BugReport.description = "test";

const bug = new BugReport(1);
console.log(bug.submit()); // 输出 "Bug report submitted!"

解释:

  • sealed 是一个 Class Decorator,它接收一个构造函数 constructor 作为参数。
  • Object.seal 方法会阻止对象添加新属性,并将所有现有属性标记为不可配置。
  • @sealedsealed Decorator 应用到 BugReport 类上,使得 BugReport 类及其原型都被冻结,无法添加新的属性或方法。

应用场景:

  • 冻结类: 阻止类被修改,保证类的完整性。
  • 单例模式: 确保类只有一个实例。
  • 依赖注入: 在类创建时注入依赖项。

2. Method Decorator (方法装饰器)

Method Decorator 用于装饰类的方法。它接收三个参数:

  • target:类的原型对象。
  • propertyKey:方法的名字。
  • descriptor:方法的属性描述符(Object.getOwnPropertyDescriptor() 的返回值)。

语法:

class MyClass {
  @decorator
  myMethod() {
    // ...
  }
}

工作原理:

@decorator 实际上等价于 Object.defineProperty(MyClass.prototype, "myMethod", decorator(MyClass.prototype, "myMethod", Object.getOwnPropertyDescriptor(MyClass.prototype, "myMethod")))。也就是说,Decorator 函数接收方法的原型对象、方法名和属性描述符作为参数,然后返回一个新的属性描述符,或者直接修改原有的属性描述符。

例子:

function log(target: any, propertyKey: string, descriptor: PropertyDescriptor) {
  const originalMethod = descriptor.value;

  descriptor.value = function(...args: any[]) {
    console.log(`Calling ${propertyKey} with arguments: ${args}`);
    const result = originalMethod.apply(this, args);
    console.log(`Method ${propertyKey} returned: ${result}`);
    return result;
  };

  return descriptor;
}

class Calculator {
  @log
  add(x: number, y: number) {
    return x + y;
  }
}

const calculator = new Calculator();
const result = calculator.add(2, 3); // 输出日志信息
console.log(result); // 输出 5

解释:

  • log 是一个 Method Decorator,它接收 targetCalculator.prototype)、propertyKey"add")和 descriptor 作为参数。
  • Decorator 修改了 add 方法的属性描述符,用一个新的函数替换了原来的 value
  • 新的函数在调用 add 方法前后打印日志信息,并返回 add 方法的返回值。
  • @loglog Decorator 应用到 Calculator 类的 add 方法上,使得每次调用 add 方法都会打印日志。

应用场景:

  • 日志记录: 记录方法的调用情况。
  • 性能监控: 测量方法的执行时间。
  • 权限验证: 检查用户是否有权限调用方法。
  • 缓存: 缓存方法的返回值,避免重复计算。
  • 重试机制: 当方法调用失败时自动重试。

3. Field Decorator (字段装饰器)

Field Decorator 用于装饰类的字段(属性)。它接收两个参数:

  • target:类的原型对象。
  • propertyKey:字段的名字。

语法:

class MyClass {
  @decorator
  myField: string;
}

工作原理:

@decorator 实际上等价于 Object.defineProperty(MyClass.prototype, "myField", decorator(MyClass.prototype, "myField"))。也就是说,Decorator 函数接收字段的原型对象和字段名作为参数,然后返回一个属性描述符,或者直接修改原有的属性描述符。需要注意的是,Field Decorator 在类实例化之前执行,因此无法访问到类的实例。通常 Field Decorator 用于修改属性的访问方式,比如将其变成只读属性,或者添加 getter/setter。

例子:

function readonly(target: any, propertyKey: string) {
  Object.defineProperty(target, propertyKey, {
    writable: false,
    configurable: false
  });
}

class Person {
  @readonly
  name: string = "Alice";
}

const person = new Person();
console.log(person.name); // 输出 "Alice"

// 尝试修改 name 属性将会失败(严格模式下会报错,非严格模式下无提示)
// person.name = "Bob";

解释:

  • readonly 是一个 Field Decorator,它接收 targetPerson.prototype)和 propertyKey"name")作为参数。
  • Decorator 使用 Object.defineProperty 方法将 name 属性的 writable 设置为 false,使得 name 属性变成只读属性。
  • @readonlyreadonly Decorator 应用到 Person 类的 name 属性上,使得 name 属性只能在声明时赋值,之后无法修改。

应用场景:

  • 只读属性: 创建只读属性,防止属性被意外修改。
  • 类型检查: 在属性赋值时进行类型检查。
  • 延迟加载: 延迟加载属性的值,直到第一次访问时才进行计算。
  • 数据绑定: 将属性与UI元素绑定,实现数据同步。
  • 自动计算属性: 属性值依赖于其他属性自动计算,每次访问都重新计算。

元编程和框架扩展中的应用

Decorator 在元编程和框架扩展中扮演着重要的角色。通过 Decorator,我们可以在运行时修改代码的行为,从而实现更高级的功能。

1. 元编程:

元编程是指编写可以操作其他程序的程序。Decorator 提供了一种在运行时修改类、方法和属性的能力,这使得我们可以编写更灵活、更强大的代码。

例子:

function serialize(target: any) {
  target.prototype.serialize = function() {
    return JSON.stringify(this);
  };
}

@serialize
class User {
  constructor(public name: string, public age: number) {}
}

const user = new User("Bob", 30);
console.log(user.serialize()); // 输出 '{"name":"Bob","age":30}'

解释:

  • serialize 是一个 Class Decorator,它接收一个构造函数 target 作为参数。
  • Decorator 在 target.prototype 上添加了一个 serialize 方法,该方法将对象序列化为 JSON 字符串。
  • @serializeserialize Decorator 应用到 User 类上,使得 User 类的实例都拥有 serialize 方法。

2. 框架扩展:

许多 JavaScript 框架都使用 Decorator 来扩展框架的功能,提供更简洁、更易用的 API。

例子 (React + MobX):

import { observer } from 'mobx-react';
import { observable } from 'mobx';
import { Component } from 'react';

class Store {
  @observable count = 0;

  increment() {
    this.count++;
  }
}

const store = new Store();

@observer
class Counter extends Component {
  render() {
    return (
      <div>
        <p>Count: {store.count}</p>
        <button onClick={() => store.increment()}>Increment</button>
      </div>
    );
  }
}

export default Counter;

解释:

  • @observable 是 MobX 提供的 Decorator,它将 count 属性变成可观察对象,当 count 属性发生变化时,会自动触发组件的重新渲染。
  • @observer 是 MobX-React 提供的 Decorator,它将 Counter 组件变成观察者,当组件依赖的可观察对象发生变化时,会自动重新渲染组件。

其他框架的应用:

  • Angular: 使用 Decorator 定义组件、指令和服务。
  • NestJS: 使用 Decorator 定义控制器、路由和中间件。
  • TypeORM: 使用 Decorator 定义实体和关系。

总结

JavaScript Decorators 是一种强大的元编程工具,可以用来扩展代码的功能,提高代码的可读性和可维护性。虽然目前 Decorators 还在 Stage 3 提案阶段,但已经得到了广泛的应用,相信在未来会成为 JavaScript 开发中不可或缺的一部分。

Decorator 类型 作用对象 接收参数 常用场景
Class 类的构造函数 冻结类,单例模式,依赖注入
Method 方法 类的原型对象,方法名,属性描述符 日志记录,性能监控,权限验证,缓存,重试机制
Field 字段 (属性) 类的原型对象,字段名 只读属性,类型检查,延迟加载,数据绑定,自动计算属性

希望今天的讲解能帮助大家更好地理解 JavaScript Decorators。 谢谢大家!

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