JavaScript基础系列之四面向对象编程

港控/mmm° 2022-06-09 01:00 271阅读 0赞

# 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：

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`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`：

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：

![xiaoming-prototype][]

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：

![protos][]

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`：

![protos2][]

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：

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：

![js-proto][]

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：

![js-proto-extend][]

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：

### 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 ###

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

\--- end ---

[xiaoming-prototype]: /images/20220609/fb06c63b37b44e82b6b38a03f7d619ef.png
[protos]: /images/20220609/8e2a8dde35584e01a59814979776165d.png
[protos2]: /images/20220609/ef4399557da042878f2d3ccd00475e96.png
[jslint]: http://www.jslint.com/
[js-proto]: /images/20220609/53660ab1945e4e08918d679460188982.png
[js-proto-extend]: /images/20220609/feef3462836f4fb183ed948b361da457.png
[Babel]: https://babeljs.io/