JavaScript基础系列之四 面向对象编程
2017-08-23 18:34
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JavaScript基础系列之四 面向对象编程
面向对象编程
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
Number、
Array、
string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:
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;
实例:实例是根据类创建的对象,例如,根据
Student类可以创建出
xiaoming、
xiaohong、
xiaojun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
Student有
run()方法,
xiaoming也可以调用:
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
xiaoming从
Student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,JavaScript还有其他方法来创建对象,我们在后面会一一讲到。
创建对象
JavaScript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
xiaohong、
xiaojun,那么这些对象的原型与
xiaoming是一样的:
xiaoming ↘ xiaohong -→ Student.prototype ----> Object.prototype ----> null xiaojun ↗
用
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:
红色箭头是原型链。注意,
Student.prototype指向的对象就是
xiaoming、
xiaohong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
xiaoming、
xiaohong的原型对象,但是
xiaoming、
xiaohong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
xiaoming、
xiaohong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
xiaoming和
xiaohong各自的
name不同,这是对的,否则我们无法区分谁是谁了。
xiaoming和
xiaohong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
xiaoming、
xiaohong这些对象共同的原型上就可以了,也就是
Student.prototype:
修改代码如下:
function Student(name) { this.name = name; } Student.prototype.hello = function () { alert('Hello, ' + this.name + '!'); };
用
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:
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
Student,
PrimaryStudent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,
PrimaryStudent和
Student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:
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: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;
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;
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
用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
name和
grade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
Student的
hello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。
转自: https://www.liaoxuefeng.com/wiki/001434446689867b27157e896e74d51a89c25cc8b43bdb3000/001458267339633fd3a83c597d04b5fb59f7d1f6792efb3000
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