JavaScript面向对象详解三:对象与继承

JavaScript的所有数据都可以看成对象,那是不是我们已经在使用面向对象编程了呢?

当然不是。如果我们只使用NumberArraystring以及基本的{...}定义的对象,还无法发挥出面向对象编程的威力。

JavaScript的面向对象编程和大多数其他语言如Java、C#的面向对象编程都不太一样。如果你熟悉Java或C#,很好,你一定明白面向对象的两个基本概念:

  1. 类:类是对象的类型模板,例如,定义Student类来表示学生,类本身是一种类型,Student表示学生类型,但不表示任何具体的某个学生;
  2. 实例:实例是根据类创建的对象,例如,根据Student类可以创建出xiaomingxiaohongxiaojun等多个实例,每个实例表示一个具体的学生,他们全都属于Student类型。

所以,类和实例是大多数面向对象编程语言的基本概念。

不过,在JavaScript中,这个概念需要改一改。JavaScript不区分类和实例的概念,而是通过原型(prototype)来实现面向对象编程。

原型是指当我们想要创建xiaoming这个具体的学生时,我们并没有一个Student类型可用。那怎么办?恰好有这么一个现成的对象:

var robot = {
    name: 'Robot',
    height: 1.6,
    run: function () {
        console.log(this.name + ' is running...');
    }
};

我们看这个robot对象有名字,有身高,还会跑,有点像小明,干脆就根据它来“创建”小明得了!

于是我们把它改名为Student,然后创建出xiaoming

var Student = {
    name: 'Robot',
    height: 1.2,
    run: function () {
        console.log(this.name + ' is running...');
    }
};

var xiaoming = {
    name: '小明'
};

xiaoming.__proto__ = Student;

注意最后一行代码把xiaoming的原型指向了对象Student,看上去xiaoming仿佛是从Student继承下来的:

xiaoming.name; // '小明'
xiaoming.run(); // 小明 is running...

xiaoming有自己的name属性,但并没有定义run()方法。不过,由于小明是从Student继承而来,只要Studentrun()方法,xiaoming也可以调用:

JavaScript面向对象详解三:对象与继承
JavaScript面向对象详解三:对象与继承

JavaScript的原型链和Java的Class区别就在,它没有“Class”的概念,所有对象都是实例,所谓继承关系不过是把一个对象的原型指向另一个对象而已。

如果你把xiaoming的原型指向其他对象:

var Bird = {
    fly: function () {
        console.log(this.name + ' is flying...');
    }
};

xiaoming.__proto__ = Bird;

现在xiaoming已经无法run()了,他已经变成了一只鸟:

xiaoming.fly(); // 小明 is flying...

在JavaScrip代码运行时期,你可以把xiaomingStudent变成Bird,或者变成任何对象。

请注意,上述代码仅用于演示目的。在编写JavaScript代码时,不要直接用obj.__proto__去改变一个对象的原型,并且,低版本的IE也无法使用__proto__Object.create()方法可以传入一个原型对象,并创建一个基于该原型的新对象,但是新对象什么属性都没有,因此,我们可以编写一个函数来创建xiaoming

// 原型对象:
var Student = {
    name: 'Robot',
    height: 1.2,
    run: function () {
        console.log(this.name + ' is running...');
    }
};

function createStudent(name) {
    // 基于Student原型创建一个新对象:
    var s = Object.create(Student);
    // 初始化新对象:
    s.name = name;
    return s;
}

var xiaoming = createStudent('小明');
xiaoming.run(); // 小明 is running...
xiaoming.__proto__ === Student; // true

这是创建原型继承的一种方法。

 

创建对象

avaScript对每个创建的对象都会设置一个原型,指向它的原型对象。

当我们用obj.xxx访问一个对象的属性时,JavaScript引擎先在当前对象上查找该属性,如果没有找到,就到其原型对象上找,如果还没有找到,就一直上溯到Object.prototype对象,最后,如果还没有找到,就只能返回undefined

例如,创建一个Array对象:

var arr = [1, 2, 3];

其原型链是:

arr ----> Array.prototype ----> Object.prototype ----> null

Array.prototype定义了indexOf()shift()等方法,因此你可以在所有的Array对象上直接调用这些方法。

当我们创建一个函数时:

function foo() {
    return 0;
}

函数也是一个对象,它的原型链是:

foo ----> Function.prototype ----> Object.prototype ----> null

由于Function.prototype定义了apply()等方法,因此,所有函数都可以调用apply()方法。

很容易想到,如果原型链很长,那么访问一个对象的属性就会因为花更多的时间查找而变得更慢,因此要注意不要把原型链搞得太长。

构造函数

除了直接用{ ... }创建一个对象外,JavaScript还可以用一种构造函数的方法来创建对象。它的用法是,先定义一个构造函数:

function Student(name) {
    this.name = name;
    this.hello = function () {
        alert('Hello, ' + this.name + '!');
    }
}

你会问,咦,这不是一个普通函数吗?

这确实是一个普通函数,但是在JavaScript中,可以用关键字new来调用这个函数,并返回一个对象:

var xiaoming = new Student('小明');
xiaoming.name; // '小明'
xiaoming.hello(); // Hello, 小明!

注意,如果不写new,这就是一个普通函数,它返回undefined。但是,如果写了new,它就变成了一个构造函数,它绑定的this指向新创建的对象,并默认返回this,也就是说,不需要在最后写return this;

新创建的xiaoming的原型链是:

xiaoming ----> Student.prototype ----> Object.prototype ----> null

也就是说,xiaoming的原型指向函数Student的原型。如果你又创建了xiaohongxiaojun,那么这些对象的原型与xiaoming是一样的:

xiaoming ↘
xiaohong -→ Student.prototype ----> Object.prototype ----> null
xiaojun  ↗

new Student()创建的对象还从原型上获得了一个constructor属性,它指向函数Student本身:

xiaoming.constructor === Student.prototype.constructor; // true
Student.prototype.constructor === Student; // true

Object.getPrototypeOf(xiaoming) === Student.prototype; // true

xiaoming instanceof Student; // true

看晕了吧?用一张图来表示这些乱七八糟的关系就是:

JavaScript面向对象详解三:对象与继承
JavaScript面向对象详解三:对象与继承

红色箭头是原型链。注意,Student.prototype指向的对象就是xiaomingxiaohong的原型对象,这个原型对象自己还有个属性constructor,指向Student函数本身。

另外,函数Student恰好有个属性prototype指向xiaomingxiaohong的原型对象,但是xiaomingxiaohong这些对象可没有prototype这个属性,不过可以用__proto__这个非标准用法来查看。

现在我们就认为xiaomingxiaohong这些对象“继承”自Student

不过还有一个小问题,注意观察:

xiaoming.name; // '小明'
xiaohong.name; // '小红'
xiaoming.hello; // function: Student.hello()
xiaohong.hello; // function: Student.hello()
xiaoming.hello === xiaohong.hello; // false

xiaomingxiaohong各自的name不同,这是对的,否则我们无法区分谁是谁了。

xiaomingxiaohong各自的hello是一个函数,但它们是两个不同的函数,虽然函数名称和代码都是相同的!

如果我们通过new Student()创建了很多对象,这些对象的hello函数实际上只需要共享同一个函数就可以了,这样可以节省很多内存。

要让创建的对象共享一个hello函数,根据对象的属性查找原则,我们只要把hello函数移动到xiaomingxiaohong这些对象共同的原型上就可以了,也就是Student.prototype

JavaScript面向对象详解三:对象与继承
JavaScript面向对象详解三:对象与继承

修改代码如下:

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

Student.prototype.hello = function () {
    alert('Hello, ' + this.name + '!');
};

new创建基于原型的JavaScript的对象就是这么简单!

忘记写new怎么办

如果一个函数被定义为用于创建对象的构造函数,但是调用时忘记了写new怎么办?

在strict模式下,this.name = name将报错,因为this绑定为undefined,在非strict模式下,this.name = name不报错,因为this绑定为window,于是无意间创建了全局变量name,并且返回undefined,这个结果更糟糕。

所以,调用构造函数千万不要忘记写new。为了区分普通函数和构造函数,按照约定,构造函数首字母应当大写,而普通函数首字母应当小写,这样,一些语法检查工具如jslint将可以帮你检测到漏写的new

最后,我们还可以编写一个createStudent()函数,在内部封装所有的new操作。一个常用的编程模式像这样:

function Student(props) {
    this.name = props.name || '匿名'; // 默认值为'匿名'
    this.grade = props.grade || 1; // 默认值为1
}

Student.prototype.hello = function () {
    alert('Hello, ' + this.name + '!');
};

function createStudent(props) {
    return new Student(props || {})
}

这个createStudent()函数有几个巨大的优点:一是不需要new来调用,二是参数非常灵活,可以不传,也可以这么传:

var xiaoming = createStudent({
    name: '小明'
});

xiaoming.grade; // 1

如果创建的对象有很多属性,我们只需要传递需要的某些属性,剩下的属性可以用默认值。由于参数是一个Object,我们无需记忆参数的顺序。如果恰好从JSON拿到了一个对象,就可以直接创建出xiaoming

原型继承

在传统的基于Class的语言如Java、C++中,继承的本质是扩展一个已有的Class,并生成新的Subclass。

由于这类语言严格区分类和实例,继承实际上是类型的扩展。但是,JavaScript由于采用原型继承,我们无法直接扩展一个Class,因为根本不存在Class这种类型。

但是办法还是有的。我们先回顾Student构造函数:

function Student(props) {
    this.name = props.name || 'Unnamed';
}

Student.prototype.hello = function () {
    alert('Hello, ' + this.name + '!');
}

以及Student的原型链:

JavaScript面向对象详解三:对象与继承
JavaScript面向对象详解三:对象与继承

现在,我们要基于Student扩展出PrimaryStudent,可以先定义出PrimaryStudent

function PrimaryStudent(props) {
    // 调用Student构造函数,绑定this变量:
    Student.call(this, props);
    this.grade = props.grade || 1;
}

但是,调用了Student构造函数不等于继承了StudentPrimaryStudent创建的对象的原型是:

new PrimaryStudent() ----> PrimaryStudent.prototype ----> Object.prototype ----> null

必须想办法把原型链修改为:

new PrimaryStudent() ----> PrimaryStudent.prototype ----> Student.prototype ----> Object.prototype ----> null

这样,原型链对了,继承关系就对了。新的基于PrimaryStudent创建的对象不但能调用PrimaryStudent.prototype定义的方法,也可以调用Student.prototype定义的方法。

如果你想用最简单粗暴的方法这么干:

PrimaryStudent.prototype = Student.prototype;

是不行的!如果这样的话,PrimaryStudentStudent共享一个原型对象,那还要定义PrimaryStudent干啥?

我们必须借助一个中间对象来实现正确的原型链,这个中间对象的原型要指向Student.prototype。为了实现这一点,参考道爷(就是发明JSON的那个道格拉斯)的代码,中间对象可以用一个空函数F来实现:

// PrimaryStudent构造函数:
function PrimaryStudent(props) {
    Student.call(this, props);
    this.grade = props.grade || 1;
}

// 空函数F:
function F() {
}

// 把F的原型指向Student.prototype:
F.prototype = Student.prototype;

// 把PrimaryStudent的原型指向一个新的F对象,F对象的原型正好指向Student.prototype:
PrimaryStudent.prototype = new F();

// 把PrimaryStudent原型的构造函数修复为PrimaryStudent:
PrimaryStudent.prototype.constructor = PrimaryStudent;

// 继续在PrimaryStudent原型(就是new F()对象)上定义方法:
PrimaryStudent.prototype.getGrade = function () {
    return this.grade;
};

// 创建xiaoming:
var xiaoming = new PrimaryStudent({
    name: '小明',
    grade: 2
});
xiaoming.name; // '小明'
xiaoming.grade; // 2

// 验证原型:
xiaoming.__proto__ === PrimaryStudent.prototype; // true
xiaoming.__proto__.__proto__ === Student.prototype; // true

// 验证继承关系:
xiaoming instanceof PrimaryStudent; // true
xiaoming instanceof Student; // true

用一张图来表示新的原型链:

JavaScript面向对象详解三:对象与继承
JavaScript面向对象详解三:对象与继承

注意,函数F仅用于桥接,我们仅创建了一个new F()实例,而且,没有改变原有的Student定义的原型链。

如果把继承这个动作用一个inherits()函数封装起来,还可以隐藏F的定义,并简化代码:

function inherits(Child, Parent) {
    var F = function () {};
    F.prototype = Parent.prototype;
    Child.prototype = new F();
    Child.prototype.constructor = Child;
}

这个inherits()函数可以复用:

function Student(props) {
    this.name = props.name || 'Unnamed';
}

Student.prototype.hello = function () {
    alert('Hello, ' + this.name + '!');
}

function PrimaryStudent(props) {
    Student.call(this, props);
    this.grade = props.grade || 1;
}

// 实现原型继承链:
inherits(PrimaryStudent, Student);

// 绑定其他方法到PrimaryStudent原型:
PrimaryStudent.prototype.getGrade = function () {
    return this.grade;
};

小结

JavaScript的原型继承实现方式就是:

  1. 定义新的构造函数,并在内部用call()调用希望“继承”的构造函数,并绑定this
  2. 借助中间函数F实现原型链继承,最好通过封装的inherits函数完成;
  3. 继续在新的构造函数的原型上定义新方法。

 

class继承

在上面的章节中我们看到了JavaScript的对象模型是基于原型实现的,特点是简单,缺点是理解起来比传统的类-实例模型要困难,最大的缺点是继承的实现需要编写大量代码,并且需要正确实现原型链。

有没有更简单的写法?有!

新的关键字class从ES6开始正式被引入到JavaScript中。class的目的就是让定义类更简单。

我们先回顾用函数实现Student的方法:

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

Student.prototype.hello = function () {
    alert('Hello, ' + this.name + '!');
}

如果用新的class关键字来编写Student,可以这样写:

class Student {
    constructor(name) {
        this.name = name;
    }

    hello() {
        alert('Hello, ' + this.name + '!');
    }
}

比较一下就可以发现,class的定义包含了构造函数constructor和定义在原型对象上的函数hello()(注意没有function关键字),这样就避免了Student.prototype.hello = function () {...}这样分散的代码。

最后,创建一个Student对象代码和前面章节完全一样:

var xiaoming = new Student('小明');
xiaoming.hello();

class继承

class定义对象的另一个巨大的好处是继承更方便了。想一想我们从Student派生一个PrimaryStudent需要编写的代码量。现在,原型继承的中间对象,原型对象的构造函数等等都不需要考虑了,直接通过extends来实现:

class PrimaryStudent extends Student {
    constructor(name, grade) {
        super(name); // 记得用super调用父类的构造方法!
        this.grade = grade;
    }

    myGrade() {
        alert('I am at grade ' + this.grade);
    }
}

注意PrimaryStudent的定义也是class关键字实现的,而extends则表示原型链对象来自Student。子类的构造函数可能会与父类不太相同,例如,PrimaryStudent需要namegrade两个参数,并且需要通过super(name)来调用父类的构造函数,否则父类的name属性无法正常初始化。

PrimaryStudent已经自动获得了父类Studenthello方法,我们又在子类中定义了新的myGrade方法。

ES6引入的class和原有的JavaScript原型继承有什么区别呢?实际上它们没有任何区别,class的作用就是让JavaScript引擎去实现原来需要我们自己编写的原型链代码。简而言之,用class的好处就是极大地简化了原型链代码。

你一定会问,class这么好用,能不能现在就用上?

现在用还早了点,因为不是所有的主流浏览器都支持ES6的class。如果一定要现在就用上,就需要一个工具把class代码转换为传统的prototype代码,可以试试Babel这个工具。

 

参考:

JavaScript面向对象详解一:原理

JavaScript面向对象详解二:模式

JavaScript面向对象详解三:对象与继承

JavaScript面向对象详解四:JQuery插件

 

本文:JavaScript面向对象详解三:对象与继承

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