在 JavaScript 中很多时候都需要自定义错误,尤其是开发 Node.js 应用的时候。 比如一个典型的网站服务器可能需要有 NetworkError, DatabaseError, UnauthorizedError 等。 我们希望这些类都拥有 Error 的特性:有错误消息、有调用栈、有方便打印的 toString 等。 最直观的实现方式便是 继承 Error 类。 但考虑 TypeScript 需要编译到 ES5 兼容性问题会较为复杂, 本文用来帮助理解 TypeScript 中继承 Error 的问题来源以及对应的几种解决方式。

我们需要怎样的 CustomError

为了容易讨论最佳实践,首先明确我们自定义的 CustomError 需要做到哪些功能。 下面是 Harttle 的观点:

  1. 可以调用 new CustomError() 来创建,并且 instanceof Error 操作应该返回 true。可以用来创建是基本要求,能够被视为 Error 的实例能够兼容既有系统(比如 toString() 要返回调用栈),同时符合惯例。
  2. .stack 属性首行应为 CustomeError: <message>。如果是 Error: <message> 可能就没那么漂亮。
  3. .stack 属性应当包含调用栈并指向 new CustomError() 的那一行。这一点可能是关键,如果指向 CustomError 构造函数中的某一行,就会给这个类的使用方造成困惑。

下面举个例子,这是一个 message"intended"CustomError.stack 属性值:

CustomError: intended
    at Object.<anonymous> (/Users/harttle/Downloads/bar/a.js:10:13)
    at Module._compile (module.js:653:30)
    at Object.Module._extensions..js (module.js:664:10)
    at Module.load (module.js:566:32)
    at tryModuleLoad (module.js:506:12)
    at Function.Module._load (module.js:498:3)
    at Function.Module.runMain (module.js:694:10)
    at startup (bootstrap_node.js:204:16)
    at bootstrap_node.js:625:3

ES5 中如何继承 Error?

Error 是一个特殊的对象,或者说 JavaScript 的 new 是一个奇葩的存在。 为方便后续讨论,我们先讨论组 ES5 时代是怎样继承 Error 的。 我们说 JavaScript 是一门混杂的语言,如何继承 Error 就是一个典型的例子。 如果你熟悉 原型继承的方式,应该会写出如下代码:

function CustomError (message) {
    Error.call(this, message)
}
CustomError.prototype = new Error()

因为 stack 只在 new 的时候生成,上述实现不能满足功能 2 和功能 3,也就是说:

  • stack 的第一行是总是 Error 而不是 CustomError 且不包含 message 信息。
  • stack 总是指向 new Error() 的那一行,而不是 new CustomError()

Node 文档 中描述了一个 captureStackTrace 方法来解决这个问题,改动后的实现如下:

function CustomError (msg) {
    this.name = 'CustomError'
    this.message = msg
    Error.captureStackTrace(this, CustomError)
}
CustomError.prototype = new Error()

其中 .captureStackTrace() 会使用传入对象的 name 和 message 来生成 stack 的前缀;同时第二个参数用来指定在调用栈中忽略掉哪一部分,这样栈就会指向 new CustomError 的地方而不是 captureStackTrace() 的地方。

ES6 中如何继承 Error?

既然 ES6 通过 classextends 等关键字给出了类继承机制, 那么想必通过编写 CustomError 类来继承 Error。事实也确实如此,只需要在构造函数中调用父类构造函数并赋值 name 即可实现文章开始提到的三个功能:

class CustomError extends Error {
    constructor(msg) {
        super(msg)
        this.name = 'CustomError'
    }
}

TypeScript 中如何继承 Error?

ES6 中提供了 new.target 属性, 使得 Error 的构造函数中可以获取 CustomError 的信息,以完成原型链的调整。 因此 TypeScript 需要编译到 ES5 时上述功能仍然是无法自动实现。 在 TypeScript 中的体现是形如上述 ES6 的代码片段会被编译成:

var CustomError = /** @class */ (function (_super) {
    __extends(CustomError, _super);
    function CustomError(msg) {
        var _this = _super.call(this, msg) || this;
        _this.name = 'CustomError';
        return _this;
    }
    return CustomError;
}(Error));

注意 var _this = _super.call(this, msg) || this;this 被替换掉了。 在 TypeScript 2.1 的 changelog 中描述了这个 Breaking Change。 **这会造成 CustomError 的所有对象方法都无法使用,这里介绍几种 workaround:

题外话,这个分支可能会导致测试覆盖率中的 分支未覆盖问题。可以只在 ES6 下产生测试覆盖报告来解决。

1. 使用 setPrototypeOf 还原原型链

这是 TypeScript 官方给出的解决方法,见 这里

class CustomError extends Error {
    constructor(message) {
        super(message);
        Object.setPrototypeOf(this, FooError.prototype);
    }
}

注意这是一个性能很差的方法,且在 ES6 中提出,兼容性也很差。在不兼容的环境下可以使用 __proto__ 来替代。 更多原型链的解释可以参考 JavaScript 内置对象与原型链结构

2. 坚持使用 ES5 的方式

不使用 ES6 特性,仍然使用本文前面介绍的 『ES5 中如何继承 Error?』给出的方法。

3. 限制对象方法的使用

虽然 CustomError 的对象函数无法使用,但 CustomError 仍然支持 protected 级别的方法供子类使用,阉割的地方在于自己不能调用。 由于 JavaScript 中对象属性必须在构造函数内赋值,因此对象属性也不会受到影响。也就是说:

class CustomError extends Error {
    count: number = 0
    constructor(msg) {
        super(msg)
        this.count      // OK,属性不受影响
        this.print()    // TypeError: _this.print is not a function,因为 this 被替换了
    }
    print() { 
        console.log(this.stack)
    }
}
class DerivedError extends CustomError {
    constructor(msg) {
        super(msg)
        super.print()   // OK,因为 print 是直接从父类原型获取的,即 `_super.prototype.print`
    }
}

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