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JavaScript系列（14）--元编程技术

article 2025/3/1 11:59:40

JavaScript元编程技术 🎭

今天，让我们深入了解JavaScript中的元编程技术。元编程允许我们编写能够操作代码的代码，这为我们提供了强大的代码生成和修改能力。

元编程概述 🌟

💡 小知识：元编程是一种编程技术，它使程序能够将其他程序（或自身）作为数据来处理。通过元编程，我们可以在运行时修改程序的结构和行为，这为创建灵活和可扩展的代码提供了强大的工具。

反射和自省 📊

// 1. Reflect API
class ReflectionDemo {
    // 基本反射操作
    static basicReflection() {
        const obj = { name: '张三', age: 25 };
        
        // 属性操作
        console.log(Reflect.get(obj, 'name'));          // 获取属性
        Reflect.set(obj, 'age', 26);                    // 设置属性
        console.log(Reflect.has(obj, 'name'));          // 检查属性
        Reflect.deleteProperty(obj, 'age');             // 删除属性
        
        // 对象操作
        const newObj = Reflect.construct(Object, []);   // 构造对象
        const proto = Reflect.getPrototypeOf(obj);      // 获取原型
        Reflect.setPrototypeOf(newObj, proto);          // 设置原型
        
        // 函数调用
        function greet(name) {
            return `Hello, ${name}!`;
        }
        console.log(Reflect.apply(greet, null, ['张三']));
    }
    
    // 属性描述符操作
    static propertyDescriptors() {
        const obj = {};
        
        // 定义属性
        Reflect.defineProperty(obj, 'name', {
            value: '张三',
            writable: true,
            enumerable: true,
            configurable: true
        });
        
        // 获取属性描述符
        const desc = Reflect.getOwnPropertyDescriptor(obj, 'name');
        console.log(desc);
        
        // 获取所有属性描述符
        const allDesc = Reflect.getOwnPropertyDescriptors(obj);
        console.log(allDesc);
    }
}

// 2. 对象自省
class IntrospectionDemo {
    // 类型检查
    static typeChecking() {
        const value = [1, 2, 3];
        
        console.log(Reflect.apply(Object.prototype.toString, value, []));
        console.log(Object.prototype.toString.call(value));
        console.log(value instanceof Array);
        console.log(Array.isArray(value));
        
        // 获取构造函数名
        console.log(value.constructor.name);
    }
    
    // 属性枚举
    static propertyEnumeration() {
        const obj = { a: 1, b: 2 };
        Object.defineProperty(obj, 'c', { 
            value: 3, 
            enumerable: false 
        });
        
        console.log(Object.keys(obj));                // 可枚举属性
        console.log(Object.getOwnPropertyNames(obj)); // 所有属性
        console.log(Object.getOwnPropertySymbols(obj)); // Symbol属性
        console.log(Reflect.ownKeys(obj));            // 所有属性包括Symbol
    }
}

// 3. 原型链操作
class PrototypeChainDemo {
    // 原型链查找
    static prototypeChainLookup() {
        class Animal {
            constructor(name) {
                this.name = name;
            }
        }
        
        class Dog extends Animal {
            bark() {
                return `${this.name} says woof!`;
            }
        }
        
        const dog = new Dog('旺财');
        
        // 查找原型链
        let proto = Object.getPrototypeOf(dog);
        while (proto) {
            console.log(proto.constructor.name);
            proto = Object.getPrototypeOf(proto);
        }
    }
}

代理和拦截 🔧

// 1. Proxy基础
class ProxyBasics {
    // 基本代理操作
    static basicProxy() {
        const target = { name: '张三', age: 25 };
        
        const handler = {
            get(target, property) {
                console.log(`访问属性: ${property}`);
                return target[property];
            },
            
            set(target, property, value) {
                console.log(`设置属性: ${property} = ${value}`);
                target[property] = value;
                return true;
            }
        };
        
        const proxy = new Proxy(target, handler);
        console.log(proxy.name);    // 访问属性
        proxy.age = 26;             // 设置属性
    }
    
    // 验证代理
    static validationProxy() {
        const validator = {
            set(target, property, value) {
                if (property === 'age') {
                    if (!Number.isInteger(value)) {
                        throw new TypeError('年龄必须是整数');
                    }
                    if (value < 0 || value > 150) {
                        throw new RangeError('年龄必须在0-150之间');
                    }
                }
                target[property] = value;
                return true;
            }
        };
        
        const person = new Proxy({}, validator);
        person.age = 25;    // 正常
        // person.age = -1;    // 抛出错误
        // person.age = 200;   // 抛出错误
    }
}

// 2. 高级代理模式
class AdvancedProxyPatterns {
    // 只读代理
    static readOnlyProxy(target) {
        return new Proxy(target, {
            set() {
                throw new Error('对象是只读的');
            },
            deleteProperty() {
                throw new Error('对象是只读的');
            },
            defineProperty() {
                throw new Error('对象是只读的');
            }
        });
    }
    
    // 隐藏属性代理
    static hiddenPropertiesProxy(target, prefix = '_') {
        return new Proxy(target, {
            has(target, prop) {
                return !prop.startsWith(prefix) && prop in target;
            },
            ownKeys(target) {
                return Reflect.ownKeys(target)
                    .filter(prop => !prop.startsWith(prefix));
            },
            get(target, prop, receiver) {
                if (prop.startsWith(prefix)) {
                    return undefined;
                }
                return Reflect.get(target, prop, receiver);
            }
        });
    }
    
    // 日志代理
    static loggingProxy(target) {
        const logger = {
            get(target, property) {
                console.log(`GET ${property}`);
                return Reflect.get(target, property);
            },
            set(target, property, value) {
                console.log(`SET ${property} = ${value}`);
                return Reflect.set(target, property, value);
            },
            deleteProperty(target, property) {
                console.log(`DELETE ${property}`);
                return Reflect.deleteProperty(target, property);
            }
        };
        
        return new Proxy(target, logger);
    }
}

// 3. 代理实践
class ProxyPractice {
    // 缓存代理
    static createCacheProxy(target, ttl = 60000) {
        const cache = new Map();
        
        return new Proxy(target, {
            apply(target, thisArg, args) {
                const key = JSON.stringify(args);
                const now = Date.now();
                
                if (cache.has(key)) {
                    const { value, timestamp } = cache.get(key);
                    if (now - timestamp < ttl) {
                        return value;
                    }
                    cache.delete(key);
                }
                
                const result = Reflect.apply(target, thisArg, args);
                cache.set(key, { value: result, timestamp: now });
                return result;
            }
        });
    }
    
    // 默认值代理
    static createDefaultValueProxy(target, defaultValue) {
        return new Proxy(target, {
            get(target, property) {
                if (!(property in target)) {
                    return defaultValue;
                }
                return target[property];
            }
        });
    }
}

元编程实践 💼

让我们看看元编程在实际开发中的一些应用场景：

// 1. 装饰器实现
class DecoratorImplementation {
    // 方法装饰器
    static readonly(target, key, descriptor) {
        descriptor.writable = false;
        return descriptor;
    }
    
    // 类装饰器
    static logger(logPrefix) {
        return function(target) {
            // 保存原始方法
            const methods = Object.getOwnPropertyNames(target.prototype);
            
            methods.forEach(method => {
                if (method !== 'constructor') {
                    const descriptor = Object.getOwnPropertyDescriptor(
                        target.prototype, 
                        method
                    );
                    
                    const originalMethod = descriptor.value;
                    descriptor.value = function(...args) {
                        console.log(`${logPrefix} Calling ${method}`);
                        const result = originalMethod.apply(this, args);
                        console.log(`${logPrefix} Finished ${method}`);
                        return result;
                    };
                    
                    Object.defineProperty(target.prototype, method, descriptor);
                }
            });
        };
    }
}

// 2. 依赖注入系统
class DependencyInjection {
    constructor() {
        this.container = new Map();
    }
    
    // 注册服务
    register(token, provider) {
        this.container.set(token, provider);
    }
    
    // 解析服务
    resolve(token) {
        const provider = this.container.get(token);
        
        if (!provider) {
            throw new Error(`No provider for ${token}`);
        }
        
        if (typeof provider === 'function') {
            return this.instantiate(provider);
        }
        
        return provider;
    }
    
    // 实例化服务
    instantiate(constructor) {
        const paramTypes = Reflect.getMetadata('design:paramtypes', constructor);
        
        if (!paramTypes) {
            return new constructor();
        }
        
        const params = paramTypes.map(type => this.resolve(type));
        return new constructor(...params);
    }
}

// 3. ORM实现
class SimpleORM {
    // 模型定义
    static defineModel(tableName) {
        return function(target) {
            Reflect.defineMetadata('table:name', tableName, target);
            
            // 添加基本CRUD方法
            target.prototype.save = function() {
                const data = {};
                const fields = Reflect.getMetadata('fields', target);
                
                fields.forEach(field => {
                    data[field] = this[field];
                });
                
                // 这里应该是实际的数据库操作
                console.log(`Saving to ${tableName}:`, data);
            };
        };
    }
    
    // 字段定义
    static field(options = {}) {
        return function(target, key) {
            const fields = Reflect.getMetadata('fields', target.constructor) || [];
            fields.push(key);
            Reflect.defineMetadata('fields', fields, target.constructor);
            
            // 添加字段验证
            const validator = {
                get() {
                    return this[`_${key}`];
                },
                set(value) {
                    if (options.validate) {
                        options.validate(value);
                    }
                    this[`_${key}`] = value;
                }
            };
            
            Object.defineProperty(target, key, validator);
        };
    }
}

性能优化 ⚡

元编程中的性能优化技巧：

// 1. 代理性能优化
class ProxyOptimization {
    // 批量操作优化
    static createBatchProxy(target) {
        let isInBatch = false;
        let changes = new Map();
        
        return new Proxy(target, {
            set(target, property, value) {
                if (isInBatch) {
                    changes.set(property, value);
                    return true;
                }
                return Reflect.set(target, property, value);
            },
            
            get(target, property) {
                if (property === 'beginBatch') {
                    return () => {
                        isInBatch = true;
                        changes.clear();
                    };
                }
                
                if (property === 'commitBatch') {
                    return () => {
                        isInBatch = false;
                        changes.forEach((value, key) => {
                            Reflect.set(target, key, value);
                        });
                        changes.clear();
                    };
                }
                
                return Reflect.get(target, property);
            }
        });
    }
}

// 2. 反射性能优化
class ReflectionOptimization {
    // 缓存反射结果
    static createReflectionCache() {
        const cache = new WeakMap();
        
        return {
            getProperties(obj) {
                if (cache.has(obj)) {
                    return cache.get(obj);
                }
                
                const props = Reflect.ownKeys(obj);
                cache.set(obj, props);
                return props;
            },
            
            clearCache(obj) {
                cache.delete(obj);
            }
        };
    }
}

// 3. 元数据缓存
class MetadataCache {
    constructor() {
        this.cache = new WeakMap();
    }
    
    // 获取或计算元数据
    getMetadata(target, key, producer) {
        let targetCache = this.cache.get(target);
        
        if (!targetCache) {
            targetCache = new Map();
            this.cache.set(target, targetCache);
        }
        
        if (!targetCache.has(key)) {
            targetCache.set(key, producer());
        }
        
        return targetCache.get(key);
    }
    
    // 清除缓存
    clearCache(target) {
        this.cache.delete(target);
    }
}

最佳实践建议 💡

  1. 元编程模式
// 1. 安全的元编程
function safeMetaProgramming() {
    // 安全的属性访问
    function safeGetProperty(obj, prop) {
        return new Proxy({}, {
            get() {
                return Reflect.get(obj, prop);
            }
        });
    }
    
    // 安全的方法调用
    function safeMethodCall(obj, method) {
        return new Proxy(function() {}, {
            apply(target, thisArg, args) {
                const fn = obj[method];
                if (typeof fn === 'function') {
                    return Reflect.apply(fn, obj, args);
                }
                throw new Error(`${method} is not a function`);
            }
        });
    }
}

// 2. 可维护性考虑
function maintainableMetaProgramming() {
    // 文档化代理
    function documentedProxy(target, documentation) {
        return new Proxy(target, {
            get(target, prop) {
                if (prop === '__docs__') {
                    return documentation;
                }
                return target[prop];
            }
        });
    }
    
    // 调试友好的代理
    function debuggableProxy(target, name = '') {
        return new Proxy(target, {
            get(target, prop) {
                console.debug(`[${name}] Accessing ${String(prop)}`);
                return target[prop];
            },
            set(target, prop, value) {
                console.debug(`[${name}] Setting ${String(prop)} = ${value}`);
                target[prop] = value;
                return true;
            }
        });
    }
}

// 3. 错误处理
function errorHandling() {
    // 错误边界代理
    function createErrorBoundaryProxy(target) {
        return new Proxy(target, {
            get(target, prop) {
                try {
                    return target[prop];
                } catch (error) {
                    console.error(`Error accessing ${String(prop)}:`, error);
                    return undefined;
                }
            },
            set(target, prop, value) {
                try {
                    target[prop] = value;
                    return true;
                } catch (error) {
                    console.error(`Error setting ${String(prop)}:`, error);
                    return false;
                }
            }
        });
    }
}

结语 📝

元编程为JavaScript提供了强大的代码操作和生成能力。我们学习了：

  1. 反射和自省的基本概念
  2. 代理和拦截器的使用
  3. 实际应用场景
  4. 性能优化技巧
  5. 最佳实践和注意事项

💡 学习建议：在使用元编程时要谨慎，过度使用可能会导致代码难以理解和维护。优先考虑使用常规编程方式，只在确实需要元编程带来的灵活性时才使用它。同时，要注意性能影响，合理使用缓存和优化策略。

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终身学习，共同成长。

咱们下一期见

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