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  • JavaScript(五)面向对象编程

    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];

    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 + '!');
        }
    }

    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:

    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

    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

    练习

    请利用构造函数定义Cat,并让所有的Cat对象有一个name属性,并共享一个方法say(),返回字符串'Hello, xxx!'

    'use strict';

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

    
    

    Cat.prototype.say = function() {
       return "Hello, " + this.name + "!";
    }

    // 测试:
    var kitty = new Cat('Kitty');
    var doraemon = new Cat('哆啦A梦');
    if (kitty && kitty.name === 'Kitty'
        && kitty.say
        && typeof kitty.say === 'function'
        && kitty.say() === 'Hello, Kitty!'
        && kitty.say === doraemon.say
    ) {
        console.log('测试通过!');
    } else {
        console.log('测试失败!');
    }

     

    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:

    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;
    };

    中间加个F()函数,我理解的它的作用是让PrimaryStudent.__proto__不能直接变成new Student()实例,防止PrimaryStudent实例生成的时候会继承Student的实例属性。假设PrimaryStudent.prototype = new Student("stu"), 那么实例化的name:stu会被PrimaryStudent.__proto__继承。

    我们不希望子类继承父类的实例化属性,所以中间用空函数F()规避掉。

    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。

    实现函数继承有四种方法:

       1、创建空函数作架桥函数,原理如上代码所示,将其封装成inherits函数,目的是1.子函数实例能够调用父函数中实例,即实现继承。2.子函数可以扩展自己的方法,而不影响父函数。

        2、利用create方法, child.prototype=Object.create(parents.prototype)

        3、利用_proto_属性, child.prototype._proto_=parents.prototype

        4、利用setPrototypeOf方法, child.prototype=Object.setPrototypeOf(parents.prototype)

        总结:原型继承的目的是子函数的原型继承父函数的原型,子函数的实例既可以调用子函数原型中的属性,也可以调用父函数原型中的属性; 4种方法本质上都是用父函数的原型创造出子函数的原型,

                  第一个种方法创建架桥函数是为了防止继承父函数实例的属性,这样就违背了原型继承的目的;  2、3、4方法本质上一样,利用JS提供的属性方法直接建立子父函数的继承关系。

    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。

    练习

    请利用class重新定义Cat,并让它从已有的Animal继承,然后新增一个方法say(),返回字符串'Hello, xxx!'

    'use strict';
    
    class Animal {
        constructor(name) {
            this.name = name;
        }
    }
    class Cat extends Animal{
          constructor(name) {
            super(name);
        }
          say(){
            return 'Hello, ' + this.name + '!';
      }
    }
    
    // 测试:
    var kitty = new Cat('Kitty');
    var doraemon = new Cat('哆啦A梦');
    if ((new Cat('x') instanceof Animal)
        && kitty 
        && kitty.name === 'Kitty'
        && kitty.say
        && typeof kitty.say === 'function'
        && kitty.say() === 'Hello, Kitty!'
        && kitty.say === doraemon.say)
    {
        console.log('测试通过!');
    } else {
        console.log('测试失败!');
    }

    这里可能会有疑问:

    有类了为什么原型链不去掉呢,因为本质上还是用原型链,只是类帮我们封装好了

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