JavaScript如何实现真正的私有类字段?

JavaScript实现真正私有类字段的官方推荐方式是使用#前缀语法,如#balance在类外部无法访问,确保了语言层面的强封装性,而WeakMap等旧方案因需外部存储且不够直观而受限。

javascript如何实现真正的私有类字段?

JavaScript实现真正私有类字段,最直接且官方推荐的方式是使用ES2022引入的#前缀语法。这种语法在语言层面提供了封装,确保了字段在类外部的不可访问性。对于不支持此语法的旧环境,WeakMap提供了一种变通方案,但其私有性不如#彻底,且使用上会增加一些样板代码。

解决方案

要实现真正的私有类字段,我们现在可以直接使用#(hash)前缀来定义它们。这是语言内置的机制,提供了强封装性。

class BankAccount {  #balance; // 私有字段  constructor(initialBalance) {    if (initialBalance < 0) {      throw new Error("Initial balance cannot be negative.");    }    this.#balance = initialBalance;  }  deposit(amount) {    if (amount <= 0) {      throw new Error("Deposit amount must be positive.");    }    this.#balance += amount;    console.log(`Deposited ${amount}. New balance: ${this.#balance}`);  }  withdraw(amount) {    if (amount <= 0) {      throw new Error("Withdrawal amount must be positive.");    }    if (this.#balance < amount) {      throw new Error("Insufficient funds.");    }    this.#balance -= amount;    console.log(`Withdrew ${amount}. New balance: ${this.#balance}`);    return amount;  }  getAccountInfo() {    // 可以在类内部访问私有字段    return `Current balance: ${this.#balance}`;  }}const myAccount = new BankAccount(1000);myAccount.deposit(500); // Deposited 500. New balance: 1500myAccount.withdraw(200); // Withdrew 200. New balance: 1300// 尝试从外部访问私有字段会导致语法错误或运行时错误// console.log(myAccount.#balance); // SyntaxError: Private field '#balance' must be declared in an enclosing class// console.log(myAccount['#balance']); // undefined

如你所见,#balance字段在BankAccount类外部是完全不可访问的。任何试图从外部访问它的尝试都会导致JavaScript引擎抛出错误,这和那些仅仅是“约定俗成”的私有(比如下划线前缀)有着本质的区别。这种语法级别的强制性,才是我个人觉得“真正”私有的体现。

什么传统的下划线(_)或闭包无法实现“真正”的私有?

说实话,在#私有字段出现之前,JavaScript社区为了模拟私有性,真是绞尽脑汁。最常见的就是用下划线_作为前缀,比如_balance。这东西,在我看来,与其说是私有,不如说是“君子协定”。它仅仅是告诉开发者:“嘿,这个属性是内部用的,你最好别直接动它。”但实际上,你完全可以从外部轻松访问甚至修改它:myObject._privateField = 'new value';。这显然不是真正的私有,因为它没有语言层面的强制约束。

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然后是闭包,这确实能提供更强的私有性,尤其是在早期。通过将私有变量或函数封装在一个函数作用域内,并只暴露公共接口,外部确实无法直接访问这些私有成员。

function createCounter() {  let count = 0; // 私有变量  return {    increment: function() {      count++;      return count;    },    decrement: function() {      count--;      return count;    },    getCount: function() {      return count;    }  };}const counter = createCounter();console.log(counter.getCount()); // 0counter.increment();console.log(counter.getCount()); // 1// console.log(counter.count); // undefined,无法直接访问

这种模式对于函数构造器或者模块模式非常有效。但当涉及到类(class)时,如果每个实例都有很多私有字段,用闭包来管理会变得相当笨重。你可能需要为每个私有字段维护一个WeakMap,或者在构造函数里创建大量的闭包作用域来保存状态,这无疑增加了代码的复杂度和样板代码量。例如,使用WeakMap模拟私有字段:

const _balances = new WeakMap();class OldBankAccount {  constructor(initialBalance) {    _balances.set(this, initialBalance); // 将私有数据存储在WeakMap中  }  deposit(amount) {    let currentBalance = _balances.get(this);    currentBalance += amount;    _balances.set(this, currentBalance);    console.log(`Deposited ${amount}. New balance: ${currentBalance}`);  }  getBalance() {    return _balances.get(this);  }}const oldAccount = new OldBankAccount(500);oldAccount.deposit(100);console.log(oldAccount.getBalance()); // 600// console.log(oldAccount._balances); // undefined// _balances.get(oldAccount) // 如果_balances不在当前作用域,也无法访问

WeakMap方案确实能提供类似#的私有性,因为外部无法直接访问_balances这个WeakMap实例,也无法通过实例对象oldAccount来获取私有数据。但它需要一个外部的WeakMap来存储私有数据,这使得私有字段的定义和使用分散在类内部和外部,不如#语法那样直观地将私有性“嵌入”到类定义本身。在我看来,#语法是语言层面对私有性缺失的直接且优雅的回应,它让私有字段成为类定义不可分割的一部分,而不是一个外部的约定或数据结构。

# 私有字段在使用时有哪些细节和限制?

#私有字段虽然强大,但在实际使用中也有一些需要注意的细节和限制,这些东西搞清楚了,能避免不少坑。

首先,它们确实是不可访问的。这意味着你不能像访问普通属性那样,通过obj.#field在类外部进行读取或赋值。尝试这样做会导致SyntaxError。这和那些仅仅是“内部约定”的私有属性有着天壤之别。

其次,私有字段不能被枚举。当你使用Object.keys()for...in循环或者JSON.stringify()时,私有字段是不会出现的。这进一步强化了它们的封装性,因为它们不应该作为类的公共接口的一部分暴露出去。

再者,它们不能被删除。一旦定义了私有字段,你就不能通过delete this.#field来移除它。这保证了类实例状态的稳定性,防止了不必要的副作用。

还有一点,私有字段是实例独有的。每个类实例都有自己的一套私有字段。它们不是原型链上的属性,也不会被继承到子类。如果子类需要自己的私有字段,它必须独立声明。这意味着,父类的私有字段对子类来说是完全不可见的,即使子类的方法也无法直接访问父类的私有字段。这和公共属性或受保护属性(如果JavaScript有的话)的继承行为是不同的,在我看来,这是私有性最纯粹的体现——只对定义它的类可见。

class Parent {  #privateParentField = 'parent secret';  getPrivateParentField() {    return this.#privateParentField;  }}class Child extends Parent {  #privateChildField = 'child secret';  getChildAndParentPrivateFields() {    // return this.#privateParentField; // SyntaxError: Private field '#privateParentField' must be declared in an enclosing class    return this.#privateChildField + ' and ' + this.getPrivateParentField();  }}const childInstance = new Child();console.log(childInstance.getChildAndParentPrivateFields()); // child secret and parent secret// console.log(childInstance.#privateChildField); // SyntaxError

从上面的例子可以看出,子类不能直接访问父类的私有字段,但可以通过父类提供的公共方法间接获取。这符合面向对象设计中封装的原则。

最后,私有字段的命名必须以#开头,并且不能与任何公共字段或方法同名(当然,因为是私有,外部也无法知道有没有同名)。这确保了语法的清晰性和一致性。

除了私有字段,JavaScript还有哪些提升封装性的机制?

除了#私有字段,JavaScript在不断演进中提供了多种机制来帮助开发者提升代码的封装性,管理复杂性,并避免不必要的外部依赖和修改。在我看来,这些工具共同构成了JavaScript强大的模块化和面向对象能力。

一个非常核心的机制就是ES Modules(ESM)。通过importexport语法,我们可以明确地定义一个模块的公共接口,而模块内部的所有未导出的变量、函数或类,都自然地成为了“私有”的。这是一种文件级别的封装,也是现代JavaScript应用开发的基础。

// myModule.jsconst internalHelper = () => "This is an internal helper."; // 私有于模块export const publicFunction = () => {  return "Public function using " + internalHelper();};// main.jsimport { publicFunction } from './myModule.js';console.log(publicFunction()); // Public function using This is an internal helper.// console.log(internalHelper()); // ReferenceError: internalHelper is not defined

internalHelpermyModule.js外部是完全不可见的,它有效地封装了模块内部的实现细节。这种模式对于构建大型应用,管理不同组件之间的依赖关系至关重要。

另外,闭包依然是一个非常有用的封装工具,即便在类和模块盛行的今天。它不仅仅能模拟私有字段,更重要的是,它能创建“私有”的函数或状态,这些状态可以在多个函数之间共享,而外部无法直接访问。这在实现一些高阶函数、工厂函数或者需要维护内部状态的工具函数时非常灵活。

Symbol 也可以在一定程度上提供“伪私有”属性。Symbol是一种原始数据类型,它的值是唯一的。你可以用Symbol作为对象的属性名,这样创建的属性就不是普通的字符串键,不容易被意外地访问或枚举。

const mySecretKey = Symbol('secretKey');class DataHolder {  constructor(data) {    this[mySecretKey] = data;  }  getSecretData() {    return this[mySecretKey];  }}const holder = new DataHolder('sensitive info');console.log(holder.getSecretData()); // sensitive infoconsole.log(Object.keys(holder)); // []console.log(Object.getOwnPropertyNames(holder)); // []console.log(holder[mySecretKey]); // sensitive info,但需要知道这个Symbol

虽然Symbol属性可以通过Object.getOwnPropertySymbols()获取到,并且如果你知道Symbol本身,依然可以访问到属性,但它至少避免了与普通字符串属性名冲突的风险,也增加了无意中访问的难度。它提供了一种比下划线更强的“约定”,但又不如#私有字段那样强制。

在我看来,这些机制并非相互排斥,而是可以协同工作的。比如,你可以在一个ES Module中定义一个包含#私有字段的类,从而实现多层次的封装:模块级别的私有性,以及类实例级别的私有性。这种组合使用,让JavaScript开发者在构建复杂、可维护的应用时,拥有了更多的选择和更强的控制力。

以上就是JavaScript如何实现真正的私有类字段?的详细内容,更多请关注创想鸟其它相关文章!

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