对象的继承

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面向对象编程很重要的一个方面,就是对象的继承。A 对象通过继承 B 对象,就能直接拥有 B 对象的所有属性和方法。这对于代码的复用是非常有用的。

大部分面向对象的编程语言,都是通过“类”(class)实现对象的继承。传统上,JavaScript 语言的继承不通过 class,而是通过“原型对象”(prototype)实现,本章介绍 JavaScript 的原型链继承。

ES6 引入了 class 语法,基于 class 的继承不在这个教程介绍,请参阅《ES6 标准入门》一书的相关章节。

原型对象概述 #

构造函数的缺点 #

JavaScript 通过构造函数生成新对象,因此构造函数可以视为对象的模板。实例对象的属性和方法,可以定义在构造函数内部。

function Cat (name, color) {
  this.name = name;
  this.color = color;
}

var cat1 = new Cat('大毛', '白色');

cat1.name // '大毛'
cat1.color // '白色'

上面代码中,Cat函数是一个构造函数,函数内部定义了name属性和color属性,所有实例对象(上例是cat1)都会生成这两个属性,即这两个属性会定义在实例对象上面。

通过构造函数为实例对象定义属性,虽然很方便,但是有一个缺点。同一个构造函数的多个实例之间,无法共享属性,从而造成对系统资源的浪费。

function Cat(name, color) {
  this.name = name;
  this.color = color;
  this.meow = function () {
    console.log('喵喵');
  };
}

var cat1 = new Cat('大毛', '白色');
var cat2 = new Cat('二毛', '黑色');

cat1.meow === cat2.meow
// false

上面代码中,cat1cat2是同一个构造函数的两个实例,它们都具有meow方法。由于meow方法是生成在每个实例对象上面,所以两个实例就生成了两次。也就是说,每新建一个实例,就会新建一个meow方法。这既没有必要,又浪费系统资源,因为所有meow方法都是同样的行为,完全应该共享。

这个问题的解决方法,就是 JavaScript 的原型对象(prototype)。

prototype 属性的作用 #

JavaScript 继承机制的设计思想就是,原型对象的所有属性和方法,都能被实例对象共享。也就是说,如果属性和方法定义在原型上,那么所有实例对象就能共享,不仅节省了内存,还体现了实例对象之间的联系。

下面,先看怎么为对象指定原型。JavaScript 规定,每个函数都有一个prototype属性,指向一个对象。

function f() {}
typeof f.prototype // "object"

上面代码中,函数f默认具有prototype属性,指向一个对象。

对于普通函数来说,该属性基本无用。但是,对于构造函数来说,生成实例的时候,该属性会自动成为实例对象的原型。

function Animal(name) {
  this.name = name;
}
Animal.prototype.color = 'white';

var cat1 = new Animal('大毛');
var cat2 = new Animal('二毛');

cat1.color // 'white'
cat2.color // 'white'

上面代码中,构造函数Animalprototype属性,就是实例对象cat1cat2的原型对象。原型对象上添加一个color属性,结果,实例对象都共享了该属性。

原型对象的属性不是实例对象自身的属性。只要修改原型对象,变动就立刻会体现在所有实例对象上。

Animal.prototype.color = 'yellow';

cat1.color // "yellow"
cat2.color // "yellow"

上面代码中,原型对象的color属性的值变为yellow,两个实例对象的color属性立刻跟着变了。这是因为实例对象其实没有color属性,都是读取原型对象的color属性。也就是说,当实例对象本身没有某个属性或方法的时候,它会到原型对象去寻找该属性或方法。这就是原型对象的特殊之处。

如果实例对象自身就有某个属性或方法,它就不会再去原型对象寻找这个属性或方法。

cat1.color = 'black';

cat1.color // 'black'
cat2.color // 'yellow'
Animal.prototype.color // 'yellow';

上面代码中,实例对象cat1color属性改为black,就使得它不再去原型对象读取color属性,后者的值依然为yellow

总结一下,原型对象的作用,就是定义所有实例对象共享的属性和方法。这也是它被称为原型对象的原因,而实例对象可以视作从原型对象衍生出来的子对象。

Animal.prototype.walk = function () {
  console.log(this.name + ' is walking');
};

上面代码中,Animal.prototype对象上面定义了一个walk方法,这个方法将可以在所有Animal实例对象上面调用。

原型链 #

JavaScript 规定,所有对象都有自己的原型对象(prototype)。一方面,任何一个对象,都可以充当其他对象的原型;另一方面,由于原型对象也是对象,所以它也有自己的原型。因此,就会形成一个“原型链”(prototype chain):对象到原型,再到原型的原型……

如果一层层地上溯,所有对象的原型最终都可以上溯到Object.prototype,即Object构造函数的prototype属性。也就是说,所有对象都继承了Object.prototype的属性。这就是所有对象都有valueOftoString方法的原因,因为这是从Object.prototype继承的。

那么,Object.prototype对象有没有它的原型呢?回答是Object.prototype的原型是nullnull没有任何属性和方法,也没有自己的原型。因此,原型链的尽头就是null

Object.getPrototypeOf(Object.prototype)
// null

上面代码表示,Object.prototype对象的原型是null,由于null没有任何属性,所以原型链到此为止。Object.getPrototypeOf方法返回参数对象的原型,具体介绍请看后文。

读取对象的某个属性时,JavaScript 引擎先寻找对象本身的属性,如果找不到,就到它的原型去找,如果还是找不到,就到原型的原型去找。如果直到最顶层的Object.prototype还是找不到,则返回undefined。如果对象自身和它的原型,都定义了一个同名属性,那么优先读取对象自身的属性,这叫做“覆盖”(overriding)。

注意,一级级向上,在整个原型链上寻找某个属性,对性能是有影响的。所寻找的属性在越上层的原型对象,对性能的影响越大。如果寻找某个不存在的属性,将会遍历整个原型链。

举例来说,如果让构造函数的prototype属性指向一个数组,就意味着实例对象可以调用数组方法。

var MyArray = function () {};

MyArray.prototype = new Array();
MyArray.prototype.constructor = MyArray;

var mine = new MyArray();
mine.push(1, 2, 3);
mine.length // 3
mine instanceof Array // true

上面代码中,mine是构造函数MyArray的实例对象,由于MyArray.prototype指向一个数组实例,使得mine可以调用数组方法(这些方法定义在数组实例的prototype对象上面)。最后那行instanceof表达式,用来比较一个对象是否为某个构造函数的实例,结果就是证明mineArray的实例,instanceof运算符的详细解释详见后文。

上面代码还出现了原型对象的contructor属性,这个属性的含义下一节就来解释。

constructor 属性 #

prototype对象有一个constructor属性,默认指向prototype对象所在的构造函数。

function P() {}
P.prototype.constructor === P // true

由于constructor属性定义在prototype对象上面,意味着可以被所有实例对象继承。

function P() {}
var p = new P();

p.constructor === P // true
p.constructor === P.prototype.constructor // true
p.hasOwnProperty('constructor') // false

上面代码中,p是构造函数P的实例对象,但是p自身没有constructor属性,该属性其实是读取原型链上面的P.prototype.constructor属性。

constructor属性的作用是,可以得知某个实例对象,到底是哪一个构造函数产生的。

function F() {};
var f = new F();

f.constructor === F // true
f.constructor === RegExp // false

上面代码中,constructor属性确定了实例对象f的构造函数是F,而不是RegExp

另一方面,有了constructor属性,就可以从一个实例对象新建另一个实例。

function Constr() {}
var x = new Constr();

var y = new x.constructor();
y instanceof Constr // true

上面代码中,x是构造函数Constr的实例,可以从x.constructor间接调用构造函数。这使得在实例方法中,调用自身的构造函数成为可能。

Constr.prototype.createCopy = function () {
  return new this.constructor();
};

上面代码中,createCopy方法调用构造函数,新建另一个实例。

constructor属性表示原型对象与构造函数之间的关联关系,如果修改了原型对象,一般会同时修改constructor属性,防止引用的时候出错。

function Person(name) {
  this.name = name;
}

Person.prototype.constructor === Person // true

Person.prototype = {
  method: function () {}
};

Person.prototype.constructor === Person // false
Person.prototype.constructor === Object // true

上面代码中,构造函数Person的原型对象改掉了,但是没有修改constructor属性,导致这个属性不再指向Person。由于Person的新原型是一个普通对象,而普通对象的contructor属性指向Object构造函数,导致Person.prototype.constructor变成了Object

所以,修改原型对象时,一般要同时修改constructor属性的指向。

// 坏的写法
C.prototype = {
  method1: function (...) { ... },
  // ...
};

// 好的写法
C.prototype = {
  constructor: C,
  method1: function (...) { ... },
  // ...
};

// 更好的写法
C.prototype.method1 = function (...) { ... };

上面代码中,要么将constructor属性重新指向原来的构造函数,要么只在原型对象上添加方法,这样可以保证instanceof运算符不会失真。

如果不能确定constructor属性是什么函数,还有一个办法:通过name属性,从实例得到构造函数的名称。

function Foo() {}
var f = new Foo();
f.constructor.name // "Foo"

instanceof 运算符 #

instanceof运算符返回一个布尔值,表示对象是否为某个构造函数的实例。

var v = new Vehicle();
v instanceof Vehicle // true

上面代码中,对象v是构造函数Vehicle的实例,所以返回true

instanceof运算符的左边是实例对象,右边是构造函数。它会检查右边构建函数的原型对象(prototype),是否在左边对象的原型链上。因此,下面两种写法是等价的。

v instanceof Vehicle
// 等同于
Vehicle.prototype.isPrototypeOf(v)

上面代码中,Object.prototype.isPrototypeOf的详细解释见后文。

由于instanceof检查整个原型链,因此同一个实例对象,可能会对多个构造函数都返回true

var d = new Date();
d instanceof Date // true
d instanceof Object // true

上面代码中,d同时是DateObject的实例,因此对这两个构造函数都返回true

instanceof的原理是检查右边构造函数的prototype属性,是否在左边对象的原型链上。有一种特殊情况,就是左边对象的原型链上,只有null对象。这时,instanceof判断会失真。

var obj = Object.create(null);
typeof obj // "object"
Object.create(null) instanceof Object // false

上面代码中,Object.create(null)返回一个新对象obj,它的原型是nullObject.create的详细介绍见后文)。右边的构造函数Objectprototype属性,不在左边的原型链上,因此instanceof就认为obj不是Object的实例。但是,只要一个对象的原型不是nullinstanceof运算符的判断就不会失真。

instanceof运算符的一个用处,是判断值的类型。

var x = [1, 2, 3];
var y = {};
x instanceof Array // true
y instanceof Object // true

上面代码中,instanceof运算符判断,变量x是数组,变量y是对象。

注意,instanceof运算符只能用于对象,不适用原始类型的值。

var s = 'hello';
s instanceof String // false

上面代码中,字符串不是String对象的实例(因为字符串不是对象),所以返回false

此外,对于undefinednullinstanceOf运算符总是返回false

undefined instanceof Object // false
null instanceof Object // false

利用instanceof运算符,还可以巧妙地解决,调用构造函数时,忘了加new命令的问题。

function Fubar (foo, bar) {
  if (this instanceof Fubar) {
    this._foo = foo;
    this._bar = bar;
  } else {
    return new Fubar(foo, bar);
  }
}

上面代码使用instanceof运算符,在函数体内部判断this关键字是否为构造函数Fubar的实例。如果不是,就表明忘了加new命令。

构造函数的继承 #

让一个构造函数继承另一个构造函数,是非常常见的需求。这可以分成两步实现。第一步是在子类的构造函数中,调用父类的构造函数。

function Sub(value) {
  Super.call(this);
  this.prop = value;
}

上面代码中,Sub是子类的构造函数,this是子类的实例。在实例上调用父类的构造函数Super,就会让子类实例具有父类实例的属性。

第二步,是让子类的原型指向父类的原型,这样子类就可以继承父类原型。

Sub.prototype = Object.create(Super.prototype);
Sub.prototype.constructor = Sub;
Sub.prototype.method = '...';

上面代码中,Sub.prototype是子类的原型,要将它赋值为Object.create(Super.prototype),而不是直接等于Super.prototype。否则后面两行对Sub.prototype的操作,会连父类的原型Super.prototype一起修改掉。

另外一种写法是Sub.prototype等于一个父类实例。

Sub.prototype = new Super();

上面这种写法也有继承的效果,但是子类会具有父类实例的方法。有时,这可能不是我们需要的,所以不推荐使用这种写法。

举例来说,下面是一个Shape构造函数。

function Shape() {
  this.x = 0;
  this.y = 0;
}

Shape.prototype.move = function (x, y) {
  this.x += x;
  this.y += y;
  console.info('Shape moved.');
};

我们需要让Rectangle构造函数继承Shape

// 第一步,子类继承父类的实例
function Rectangle() {
  Shape.call(this); // 调用父类构造函数
}
// 另一种写法
function Rectangle() {
  this.base = Shape;
  this.base();
}

// 第二步,子类继承父类的原型
Rectangle.prototype = Object.create(Shape.prototype);
Rectangle.prototype.constructor = Rectangle;

采用这样的写法以后,instanceof运算符会对子类和父类的构造函数,都返回true

var rect = new Rectangle();

rect instanceof Rectangle  // true
rect instanceof Shape  // true

上面代码中,子类是整体继承父类。有时只需要单个方法的继承,这时可以采用下面的写法。

ClassB.prototype.print = function() {
  ClassA.prototype.print.call(this);
  // some code
}

上面代码中,子类Bprint方法先调用父类Aprint方法,再部署自己的代码。这就等于继承了父类Aprint方法。

多重继承 #

JavaScript 不提供多重继承功能,即不允许一个对象同时继承多个对象。但是,可以通过变通方法,实现这个功能。

function M1() {
  this.hello = 'hello';
}

function M2() {
  this.world = 'world';
}

function S() {
  M1.call(this);
  M2.call(this);
}

// 继承 M1
S.prototype = Object.create(M1.prototype);
// 继承链上加入 M2
Object.assign(S.prototype, M2.prototype);

// 指定构造函数
S.prototype.constructor = S;

var s = new S();
s.hello // 'hello'
s.world // 'world'

上面代码中,子类S同时继承了父类M1M2。这种模式又称为 Mixin(混入)。

模块 #

随着网站逐渐变成“互联网应用程序”,嵌入网页的 JavaScript 代码越来越庞大,越来越复杂。网页越来越像桌面程序,需要一个团队分工协作、进度管理、单元测试等等……开发者必须使用软件工程的方法,管理网页的业务逻辑。

JavaScript 模块化编程,已经成为一个迫切的需求。理想情况下,开发者只需要实现核心的业务逻辑,其他都可以加载别人已经写好的模块。

但是,JavaScript 不是一种模块化编程语言,ES6 才开始支持“类”和“模块”。下面介绍传统的做法,如何利用对象实现模块的效果。

基本的实现方法 #

模块是实现特定功能的一组属性和方法的封装。

简单的做法是把模块写成一个对象,所有的模块成员都放到这个对象里面。

var module1 = new Object({
 _count : 0,
 m1 : function (){
  //...
 },
 m2 : function (){
   //...
 }
});

上面的函数m1m2,都封装在module1对象里。使用的时候,就是调用这个对象的属性。

module1.m1();

但是,这样的写法会暴露所有模块成员,内部状态可以被外部改写。比如,外部代码可以直接改变内部计数器的值。

module1._count = 5;

封装私有变量:构造函数的写法 #

我们可以利用构造函数,封装私有变量。

function StringBuilder() {
  var buffer = [];

  this.add = function (str) {
     buffer.push(str);
  };

  this.toString = function () {
    return buffer.join('');
  };

}

上面代码中,buffer是模块的私有变量。一旦生成实例对象,外部是无法直接访问buffer的。但是,这种方法将私有变量封装在构造函数中,导致构造函数与实例对象是一体的,总是存在于内存之中,无法在使用完成后清除。这意味着,构造函数有双重作用,既用来塑造实例对象,又用来保存实例对象的数据,违背了构造函数与实例对象在数据上相分离的原则(即实例对象的数据,不应该保存在实例对象以外)。同时,非常耗费内存。

function StringBuilder() {
  this._buffer = [];
}

StringBuilder.prototype = {
  constructor: StringBuilder,
  add: function (str) {
    this._buffer.push(str);
  },
  toString: function () {
    return this._buffer.join('');
  }
};

这种方法将私有变量放入实例对象中,好处是看上去更自然,但是它的私有变量可以从外部读写,不是很安全。

封装私有变量:立即执行函数的写法 #

另一种做法是使用“立即执行函数”(Immediately-Invoked Function Expression,IIFE),将相关的属性和方法封装在一个函数作用域里面,可以达到不暴露私有成员的目的。

var module1 = (function () {
 var _count = 0;
 var m1 = function () {
   //...
 };
 var m2 = function () {
  //...
 };
 return {
  m1 : m1,
  m2 : m2
 };
})();

使用上面的写法,外部代码无法读取内部的_count变量。

console.info(module1._count); //undefined

上面的module1就是 JavaScript 模块的基本写法。下面,再对这种写法进行加工。

模块的放大模式 #

如果一个模块很大,必须分成几个部分,或者一个模块需要继承另一个模块,这时就有必要采用“放大模式”(augmentation)。

var module1 = (function (mod){
 mod.m3 = function () {
  //...
 };
 return mod;
})(module1);

上面的代码为module1模块添加了一个新方法m3(),然后返回新的module1模块。

在浏览器环境中,模块的各个部分通常都是从网上获取的,有时无法知道哪个部分会先加载。如果采用上面的写法,第一个执行的部分有可能加载一个不存在空对象,这时就要采用"宽放大模式"(Loose augmentation)。

var module1 = (function (mod) {
 //...
 return mod;
})(window.module1 || {});

与"放大模式"相比,“宽放大模式”就是“立即执行函数”的参数可以是空对象。

输入全局变量 #

独立性是模块的重要特点,模块内部最好不与程序的其他部分直接交互。

为了在模块内部调用全局变量,必须显式地将其他变量输入模块。

var module1 = (function ($, YAHOO) {
 //...
})(jQuery, YAHOO);

上面的module1模块需要使用 jQuery 库和 YUI 库,就把这两个库(其实是两个模块)当作参数输入module1。这样做除了保证模块的独立性,还使得模块之间的依赖关系变得明显。

立即执行函数还可以起到命名空间的作用。

(function($, window, document) {

  function go(num) {
  }

  function handleEvents() {
  }

  function initialize() {
  }

  function dieCarouselDie() {
  }

  //attach to the global scope
  window.finalCarousel = {
    init : initialize,
    destroy : dieCouraselDie
  }

})( jQuery, window, document );

上面代码中,finalCarousel对象输出到全局,对外暴露initdestroy接口,内部方法gohandleEventsinitializedieCarouselDie都是外部无法调用的。

参考链接 #

本教程采用知识共享 署名-相同方式共享 3.0协议

最后生成于 2018-10-14 22:10:12

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