JavaScript 对象的继承
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,cat1
和cat2
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Animal
的prototype
属性,就是实例对象cat1
和cat2
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cat1
的color
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valueOf
和toString
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null
。null
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mine
为Array
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constructor
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constructor
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。它会检查右边构造函数的原型对象(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,Vehicle
是对象v
的构造函数,它的原型对象是Vehicle.prototype
,isPrototypeOf()
方法是 JavaScript 提供的原生方法,用于检查某个对象是否为另一个对象的原型,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Date
和Object
的实例,因此对这两个构造函数都返回true
。
由于任意对象(除了null
)都是Object
的实例,所以instanceof
运算符可以判断一个值是否为非null
的对象。
var obj = { foo: 123 };
obj instanceof Object // true
null instanceof Object // false
上面代码中,除了null
,其他对象的instanceOf Object
的运算结果都是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"
obj instanceof Object // false
上面代码中,Object.create(null)
返回一个新对象obj
,它的原型是null
(Object.create()
的详细介绍见后文)。右边的构造函数Object
的prototype
属性,不在左边的原型链上,因此instanceof
就认为obj
不是Object
的实例。这是唯一的instanceof
运算符判断会失真的情况(一个对象的原型是null
)。
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undefined
和null
,instanceof
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B
的print
方法先调用父类A
的print
方法,再部署自己的代码。这就等于继承了父类A
的print
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M1
和M2
。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m1
和m2
,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 : dieCarouselDie
}
})( jQuery, window, document );
上面代码中,finalCarousel
对象输出到全局,对外暴露init
和destroy
接口,内部方法go
、handleEvents
、initialize
、dieCarouselDie
都是外部无法调用的。
参考链接 #
- JavaScript Modules: A Beginner’s Guide, by Preethi Kasireddy