TypeScript 装饰器
简介 #
装饰器（Decorator）是一种语法结构，用来在定义时修改类（class）的行为。
在语法上，装饰器有如下几个特征。
（1）第一个字符（或者说前缀）是@，后面是一个表达式。
（2）@后面的表达式，必须是一个函数（或者执行后可以得到一个函数）。
（3）这个函数接受所修饰对象的一些相关值作为参数。
（4）这个函数要么不返回值，要么返回一个新对象取代所修饰的目标对象。
举例来说，有一个函数Injectable()当作装饰器使用，那么需要写成@Injectable，然后放在某个类的前面。
@Injectable class A {
// ...
}
上面示例中，由于有了装饰器@Injectable，类A的行为在运行时就会发生改变。
下面就是一个最简单的装饰器。
function simpleDecorator() {
console.log('hi');
}
@simpleDecorator
class A {} // "hi"
上面示例中，函数simpleDecorator()用作装饰器，附加在类A之上，后者在代码解析时就会打印一行日志。
编译上面的代码会报错，提示没有用到装饰器的参数。现在就为装饰器加上参数，让它更像正式运行的代码。
function simpleDecorator(
target:any,
context:any
) {
console.log('hi, this is ' + target);
return target;
}
@simpleDecorator
class A {} // "hi, this is class A {}"
上面的代码就可以顺利通过编译了，代码含义这里先不解释。大家只要理解，类A在执行前会先执行装饰器simpleDecorator()，并且会向装饰器自动传入参数就可以了。
装饰器有多种形式，基本上只要在@符号后面添加表达式都是可以的。下面都是合法的装饰器。
@myFunc
@myFuncFactory(arg1, arg2)
@libraryModule.prop
@someObj.method(123)
@(wrap(dict['prop']))
注意，@后面的表达式，最终执行后得到的应该是一个函数。
相比使用子类改变父类，装饰器更加简洁优雅，缺点是不那么直观，功能也受到一些限制。所以，装饰器一般只用来为类添加某种特定行为。
@frozen class Foo {
@configurable(false)
@enumerable(true)
method() {}
@throttle(500)
expensiveMethod() {}
}
上面示例中，一共有四个装饰器，一个用在类本身（@frozen），另外三个用在类的方法（@configurable、@enumerable、@throttle）。它们不仅增加了代码的可读性，清晰地表达了意图，而且提供一种方便的手段，增加或修改类的功能。
装饰器的版本 #
TypeScript 从早期开始，就支持装饰器。但是，装饰器的语法后来发生了变化。ECMAScript 标准委员会最终通过的语法标准，与 TypeScript 早期使用的语法有很大差异。
目前，TypeScript 5.0 同时支持两种装饰器语法。标准语法可以直接使用，传统语法需要打开--experimentalDecorators编译参数。
$ tsc --target ES5 --experimentalDecorators
本章介绍装饰器的标准语法，下一章介绍传统语法。
装饰器的结构 #
装饰器函数的类型定义如下。
type Decorator = (
value: DecoratedValue,
context: {
kind: string;
name: string | symbol;
addInitializer?(initializer: () => void): void;
static?: boolean;
private?: boolean;
access: {
get?(): unknown;
set?(value: unknown): void;
};
}
) => void | ReplacementValue;
上面代码中，Decorator是装饰器的类型定义。它是一个函数，使用时会接收到value和context两个参数。
value：所装饰的对象。context：上下文对象，TypeScript 提供一个原生接口ClassMethodDecoratorContext，描述这个对象。
function decorator(
value:any,
context:ClassMethodDecoratorContext
) {
// ...
}
上面是一个装饰器函数，其中第二个参数context的类型就可以写成ClassMethodDecoratorContext。
context对象的属性，根据所装饰对象的不同而不同，其中只有两个属性（kind和name）是必有的，其他都是可选的。
（1）kind：字符串，表示所装饰对象的类型，可能取以下的值。
- 'class'
- 'method'
- 'getter'
- 'setter'
- 'field'
- 'accessor'
这表示一共有六种类型的装饰器。
（2）name：字符串或者 Symbol 值，所装饰对象的名字，比如类名、属性名等。
（3）addInitializer()：函数，用来添加类的初始化逻辑。以前，这些逻辑通常放在构造函数里面，对方法进行初始化，现在改成以函数形式传入addInitializer()方法。注意，addInitializer()没有返回值。
（4）private：布尔值，表示所装饰的对象是否为类的私有成员。
（5）static：布尔值，表示所装饰的对象是否为类的静态成员。
（6）access：一个对象，包含了某个值的 get 和 set 方法。
类装饰器 #
类装饰器的类型描述如下。
type ClassDecorator = (
value: Function,
context: {
kind: 'class';
name: string | undefined;
addInitializer(initializer: () => void): void;
}
) => Function | void;
类装饰器接受两个参数：value（当前类本身）和context（上下文对象）。其中，context对象的kind属性固定为字符串class。
类装饰器一般用来对类进行操作，可以不返回任何值，请看下面的例子。
function Greeter(value, context) {
if (context.kind === 'class') {
value.prototype.greet = function () {
console.log('你好');
};
}
}
@Greeter
class User {}
let u = new User();
u.greet(); // "你好"
上面示例中，类装饰器@Greeter在类User的原型对象上，添加了一个greet()方法，实例就可以直接使用该方法。
类装饰器可以返回一个函数，替代当前类的构造方法。
function countInstances(value:any, context:any) {
let instanceCount = 0;
const wrapper = function (...args:any[]) {
instanceCount++;
const instance = new value(...args);
instance.count = instanceCount;
return instance;
} as unknown as typeof MyClass;
wrapper.prototype = value.prototype; // A
return wrapper;
}
@countInstances
class MyClass {}
const inst1 = new MyClass();
inst1 instanceof MyClass // true
inst1.count // 1
上面示例中，类装饰器@countInstances返回一个函数，替换了类MyClass的构造方法。新的构造方法实现了实例的计数，每新建一个实例，计数器就会加一，并且对实例添加count属性，表示当前实例的编号。
注意，上例为了确保新构造方法继承定义在MyClass的原型之上的成员，特别加入A行，确保两者的原型对象是一致的。否则，新的构造函数wrapper的原型对象，与MyClass不同，通不过instanceof运算符。
类装饰器也可以返回一个新的类，替代原来所装饰的类。
function countInstances(value:any, context:any) {
let instanceCount = 0;
return class extends value {
constructor(...args:any[]) {
super(...args);
instanceCount++;
this.count = instanceCount;
}
};
}
@countInstances
class MyClass {}
const inst1 = new MyClass();
inst1 instanceof MyClass // true
inst1.count // 1
上面示例中，@countInstances返回一个MyClass的子类。
下面的例子是通过类装饰器，禁止使用new命令新建类的实例。
function functionCallable(
value as any, {kind} as any
) {
if (kind === 'class') {
return function (...args) {
if (new.target !== undefined) {
throw new TypeError('This function can’t be new-invoked');
}
return new value(...args);
}
}
}
@functionCallable
class Person {
constructor(name) {
this.name = name;
}
}
const robin = Person('Robin');
robin.name // 'Robin'
上面示例中，类装饰器@functionCallable返回一个新的构造方法，里面判断new.target是否不为空，如果是的，就表示通过new命令调用，从而报错。
类装饰器的上下文对象context的addInitializer()方法，用来定义一个类的初始化函数，在类完全定义结束后执行。
function customElement(name: string) {
return <Input extends new (...args: any) => any>(
value: Input,
context: ClassDecoratorContext
) => {
context.addInitializer(function () {
customElements.define(name, value);
});
};
}
@customElement("hello-world")
class MyComponent extends HTMLElement {
constructor() {
super();
}
connectedCallback() {
this.innerHTML = `<h1>Hello World</h1>`;
}
}
上面示例中，类MyComponent定义完成后，会自动执行类装饰器@customElement()给出的初始化函数，该函数会将当前类注册为指定名称（本例为<hello-world>）的自定义 HTML 元素。
方法装饰器 #
方法装饰器用来装饰类的方法（method）。它的类型描述如下。
type ClassMethodDecorator = (
value: Function,
context: {
kind: 'method';
name: string | symbol;
static: boolean;
private: boolean;
access: { get: () => unknown };
addInitializer(initializer: () => void): void;
}
) => Function | void;
根据上面的类型，方法装饰器是一个函数，接受两个参数：value和context。
参数value是方法本身，参数context是上下文对象，有以下属性。
kind：值固定为字符串method，表示当前为方法装饰器。name：所装饰的方法名，类型为字符串或 Symbol 值。static：布尔值，表示是否为静态方法。该属性为只读属性。private：布尔值，表示是否为私有方法。该属性为只读属性。access：对象，包含了方法的存取器，但是只有get()方法用来取值，没有set()方法进行赋值。addInitializer()：为方法增加初始化函数。
方法装饰器会改写类的原始方法，实质等同于下面的操作。
function trace(decoratedMethod) {
// ...
}
class C {
@trace
toString() {
return 'C';
}
}
// `@trace` 等同于
// C.prototype.toString = trace(C.prototype.toString);
上面示例中，@trace是方法toString()的装饰器，它的效果等同于最后一行对toString()的改写。
如果方法装饰器返回一个新的函数，就会替代所装饰的原始函数。
function replaceMethod() {
return function () {
return `How are you, ${this.name}?`;
}
}
class Person {
constructor(name) {
this.name = name;
}
@replaceMethod
hello() {
return `Hi ${this.name}!`;
}
}
const robin = new Person('Robin');
robin.hello() // 'How are you, Robin?'
上面示例中，装饰器@replaceMethod返回的函数，就成为了新的hello()方法。
下面是另一个例子。
class Person {
name: string;
constructor(name: string) {
this.name = name;
}
@log
greet() {
console.log(`Hello, my name is ${this.name}.`);
}
}
function log(originalMethod:any, context:ClassMethodDecoratorContext) {
const methodName = String(context.name);
function replacementMethod(this: any, ...args: any[]) {
console.log(`LOG: Entering method '${methodName}'.`)
const result = originalMethod.call(this, ...args);
console.log(`LOG: Exiting method '${methodName}'.`)
return result;
}
return replacementMethod;
}
const person = new Person('张三');
person.greet()
// "LOG: Entering method 'greet'."
// "Hello, my name is 张三."
// "LOG: Exiting method 'greet'."
上面示例中，装饰器@log的返回值是一个函数replacementMethod，替代了原始方法greet()。在replacementMethod()内部，通过执行originalMethod.call()完成了对原始方法的调用。
利用方法装饰器，可以将类的方法变成延迟执行。
function delay(milliseconds: number = 0) {
return function (value, context) {
if (context.kind === "method") {
return function (...args: any[]) {
setTimeout(() => {
value.apply(this, args);
}, milliseconds);
};
}
};
}
class Logger {
@delay(1000)
log(msg: string) {
console.log(`${msg}`);
}
}
let logger = new Logger();
logger.log("Hello World");
上面示例中，方法装饰器@delay(1000)将方法log()的执行推迟了1秒（1000毫秒）。这里真正的方法装饰器，是delay()执行后返回的函数，delay()的作用是接收参数，用来设置推迟执行的时间。这种通过高阶函数返回装饰器的做法，称为“工厂模式”，即可以像工厂那样生产出一个模子的装饰器。
方法装饰器的参数context对象里面，有一个addInitializer()方法。它是一个钩子方法，用来在类的初始化阶段，添加回调函数。这个回调函数就是作为addInitializer()的参数传入的，它会在构造方法执行期间执行，早于属性（field）的初始化。
下面是addInitializer()方法的一个例子。我们知道，类的方法往往需要在构造方法里面，进行this的绑定。
class Person {
name: string;
constructor(name: string) {
this.name = name;
// greet() 绑定 this
this.greet = this.greet.bind(this);
}
greet() {
console.log(`Hello, my name is ${this.name}.`);
}
}
const g = new Person('张三').greet;
g() // "Hello, my name is 张三."
上面例子中，类Person的构造方法内部，将this与greet()方法进行了绑定。如果没有这一行，将greet()赋值给变量g进行调用，就会报错了。
this的绑定必须放在构造方法里面，因为这必须在类的初始化阶段完成。现在，它可以移到方法装饰器的addInitializer()里面。
function bound(
originalMethod:any, context:ClassMethodDecoratorContext
) {
const methodName = context.name;
if (context.private) {
throw new Error(`不能绑定私有方法 ${methodName as string}`);
}
context.addInitializer(function () {
this[methodName] = this[methodName].bind(this);
});
}
上面示例中，绑定this转移到了addInitializer()方法里面。
下面再看一个例子，通过addInitializer()将选定的方法名，放入一个集合。
function collect(
value,
{name, addInitializer}
) {
addInitializer(function () {
if (!this.collectedMethodKeys) {
this.collectedMethodKeys = new Set();
}
this.collectedMethodKeys.add(name);
});
}
class C {
@collect
toString() {}
@collect
[Symbol.iterator]() {}
}
const inst = new C();
inst.collectedMethodKeys // new Set(['toString', Symbol.iterator])
上面示例中，方法装饰器@collect会将所装饰的成员名字，加入一个 Set 集合collectedMethodKeys。
属性装饰器 #
属性装饰器用来装饰定义在类顶部的属性（field）。它的类型描述如下。
type ClassFieldDecorator = (
value: undefined,
context: {
kind: 'field';
name: string | symbol;
static: boolean;
private: boolean;
access: { get: () => unknown, set: (value: unknown) => void };
addInitializer(initializer: () => void): void;
}
) => (initialValue: unknown) => unknown | void;
注意，装饰器的第一个参数value的类型是undefined，这意味着这个参数实际上没用的，装饰器不能从value获取所装饰属性的值。另外，第二个参数context对象的kind属性的值为字符串field，而不是“property”或“attribute”，这一点是需要注意的。
属性装饰器要么不返回值，要么返回一个函数，该函数会自动执行，用来对所装饰属性进行初始化。该函数的参数是所装饰属性的初始值，该函数的返回值是该属性的最终值。
function logged(value, context) {
const { kind, name } = context;
if (kind === 'field') {
return function (initialValue) {
console.log(`initializing ${name} with value ${initialValue}`);
return initialValue;
};
}
}
class Color {
@logged name = 'green';
}
const color = new Color();
// "initializing name with value green"
上面示例中，属性装饰器@logged装饰属性name。@logged的返回值是一个函数，该函数用来对属性name进行初始化，它的参数initialValue就是属性name的初始值green。新建实例对象color时，该函数会自动执行。
属性装饰器的返回值函数，可以用来更改属性的初始值。
function twice() {
return initialValue => initialValue * 2;
}
class C {
@twice
field = 3;
}
const inst = new C();
inst.field // 6
上面示例中，属性装饰器@twice返回一个函数，该函数的返回值是属性field的初始值乘以2，所以属性field的最终值是6。
属性装饰器的上下文对象context的access属性，提供所装饰属性的存取器，请看下面的例子。
let acc;
function exposeAccess(
value, {access}
) {
acc = access;
}
class Color {
@exposeAccess
name = 'green'
}
const green = new Color();
green.name // 'green'
acc.get(green) // 'green'
acc.set(green, 'red');
green.name // 'red'
上面示例中，access包含了属性name的存取器，可以对该属性进行取值和赋值。
getter 装饰器，setter 装饰器 #
getter 装饰器和 setter 装饰器，是分别针对类的取值器（getter）和存值器（setter）的装饰器。它们的类型描述如下。
type ClassGetterDecorator = (
value: Function,
context: {
kind: 'getter';
name: string | symbol;
static: boolean;
private: boolean;
access: { get: () => unknown };
addInitializer(initializer: () => void): void;
}
) => Function | void;
type ClassSetterDecorator = (
value: Function,
context: {
kind: 'setter';
name: string | symbol;
static: boolean;
private: boolean;
access: { set: (value: unknown) => void };
addInitializer(initializer: () => void): void;
}
) => Function | void;
注意，getter 装饰器的上下文对象context的access属性，只包含get()方法；setter 装饰器的access属性，只包含set()方法。
这两个装饰器要么不返回值，要么返回一个函数，取代原来的取值器或存值器。
下面的例子是将取值器的结果，保存为一个属性，加快后面的读取。
class C {
@lazy
get value() {
console.log('正在计算……');
return '开销大的计算结果';
}
}
function lazy(
value:any,
{kind, name}:any
) {
if (kind === 'getter') {
return function (this:any) {
const result = value.call(this);
Object.defineProperty(
this, name,
{
value: result,
writable: false,
}
);
return result;
};
}
return;
}
const inst = new C();
inst.value
// 正在计算……
// '开销大的计算结果'
inst.value
// '开销大的计算结果'
上面示例中，第一次读取inst.value，会进行计算，然后装饰器@lazy将结果存入只读属性value，后面再读取这个属性，就不会进行计算了。
accessor 装饰器 #
装饰器语法引入了一个新的属性修饰符accessor。
class C {
accessor x = 1;
}
上面示例中，accessor修饰符等同于为属性x自动生成取值器和存值器，它们作用于私有属性x。也就是说，上面的代码等同于下面的代码。
class C {
#x = 1;
get x() {
return this.#x;
}
set x(val) {
this.#x = val;
}
}
accessor也可以与静态属性和私有属性一起使用。
class C {
static accessor x = 1;
accessor #y = 2;
}
accessor 装饰器的类型如下。
type ClassAutoAccessorDecorator = (
value: {
get: () => unknown;
set: (value: unknown) => void;
},
context: {
kind: "accessor";
name: string | symbol;
access: { get(): unknown, set(value: unknown): void };
static: boolean;
private: boolean;
addInitializer(initializer: () => void): void;
}
) => {
get?: () => unknown;
set?: (value: unknown) => void;
init?: (initialValue: unknown) => unknown;
} | void;
accessor 装饰器的value参数，是一个包含get()方法和set()方法的对象。该装饰器可以不返回值，或者返回一个新的对象，用来取代原来的get()方法和set()方法。此外，装饰器返回的对象还可以包括一个init()方法，用来改变私有属性的初始值。
下面是一个例子。
class C {
@logged accessor x = 1;
}
function logged(value, { kind, name }) {
if (kind === "accessor") {
let { get, set } = value;
return {
get() {
console.log(`getting ${name}`);
return get.call(this);
},
set(val) {
console.log(`setting ${name} to ${val}`);
return set.call(this, val);
},
init(initialValue) {
console.log(`initializing ${name} with value ${initialValue}`);
return initialValue;
}
};
}
}
let c = new C();
c.x;
// getting x
c.x = 123;
// setting x to 123
上面示例中，装饰器@logged为属性x的存值器和取值器，加上了日志输出。
装饰器的执行顺序 #
装饰器的执行分为两个阶段。
（1）评估（evaluation）：计算@符号后面的表达式的值，得到的应该是函数。
（2）应用（application）：将评估装饰器后得到的函数，应用于所装饰对象。
也就是说，装饰器的执行顺序是，先评估所有装饰器表达式的值，再将其应用于当前类。
应用装饰器时，顺序依次为方法装饰器和属性装饰器，然后是类装饰器。
请看下面的例子。
function d(str:string) {
console.log(`评估 @d(): ${str}`);
return (
value:any, context:any
) => console.log(`应用 @d(): ${str}`);
}
function log(str:string) {
console.log(str);
return str;
}
@d('类装饰器')
class T {
@d('静态属性装饰器')
static staticField = log('静态属性值');
@d('原型方法')
[log('计算方法名')]() {}
@d('实例属性')
instanceField = log('实例属性值');
}
上面示例中，类T有四种装饰器：类装饰器、静态属性装饰器、方法装饰器、属性装饰器。
它的运行结果如下。
// "评估 @d(): 类装饰器"
// "评估 @d(): 静态属性装饰器"
// "评估 @d(): 原型方法"
// "计算方法名"
// "评估 @d(): 实例属性"
// "应用 @d(): 原型方法"
// "应用 @d(): 静态属性装饰器"
// "应用 @d(): 实例属性"
// "应用 @d(): 类装饰器"
// "静态属性值"
可以看到，类载入的时候，代码按照以下顺序执行。
（1）装饰器评估：这一步计算装饰器的值，首先是类装饰器，然后是类内部的装饰器，按照它们出现的顺序。
注意，如果属性名或方法名是计算值（本例是“计算方法名”），则它们在对应的装饰器评估之后，也会进行自身的评估。
（2）装饰器应用：实际执行装饰器函数，将它们与对应的方法和属性进行结合。
原型方法的装饰器首先应用，然后是静态属性和静态方法装饰器，接下来是实例属性装饰器，最后是类装饰器。
注意，“实例属性值”在类初始化的阶段并不执行，直到类实例化时才会执行。
如果一个方法或属性有多个装饰器，则内层的装饰器先执行，外层的装饰器后执行。
class Person {
name: string;
constructor(name: string) {
this.name = name;
}
@bound
@log
greet() {
console.log(`Hello, my name is ${this.name}.`);
}
}
上面示例中，greet()有两个装饰器，内层的@log先执行，外层的@bound针对得到的结果再执行。