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  • JavaScript prototype

    JavaScript 中对象的prototype 属性,可以返回对象类型原型的引用。这是一个相当

    拗口的解释,要理解它,先要正确理解对象类型(Type)以及原型(prototype)的概念。

    1、什么是prototype

    JavaScript 中对象的prototype 属性,可以返回对象类型原型的引用。这是一个相当

    拗口的解释,要理解它,先要正确理解对象类型(Type)以及原型(prototype)的概念。

    前面我们说,对象的类(Class)和对象实例(Instance)之间是一种“创建”关系,

    因此我们把“类”看作是对象特征的模型化,而对象看作是类特征的具体化,或者说,类

    (Class)是对象的一个类型(Type)。例如,在前面的例子中,p1 和p2 的类型都是Point,

    在JavaScript 中,通过instanceof 运算符可以验证这一点:

    p1 instanceof Point

    p2 instanceof Point

    但是,Point 不是p1 和p2 的唯一类型,因为p1 和p2 都是对象,所以Obejct 也是它

    们的类型,因为Object 是比Point 更加泛化的类,所以我们说,Obejct 和Point 之间有一

    种衍生关系,在后面我们会知道,这种关系被叫做“继承”,它也是对象之间泛化关系的一

    个特例,是面向对象中不可缺少的一种基本关系。

    在面向对象领域里,实例与类型不是唯一的一对可描述的抽象关系,在JavaScript 中,

    另外一种重要的抽象关系是类型(Type)与原型(prototype)。这种关系是一种更高层次的抽

    象关系,它恰好和类型与实例的抽象关系构成了一个三层的链。

    在现实生活中,我们常常说,某个东西是以另一个东西为原型创作的。这两个东西可以

    是同一个类型,也可以是不同类型。习语“依葫芦画瓢”,这里的葫芦就是原型,而瓢就是

    类型, 用JavaScript 的prototype 来表示就是“ 瓢.prototype = 某个葫芦” 或者

    “瓢.prototype= new 葫芦()”。

    要深入理解原型,可以研究关于它的一种设计模式——prototype pattern,这种模式

    的核心是用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

    JavaScript 的prototype 就类似于这种方式。

    关于prototype pattern 的详细内容可以参考《设计模式》(《Design Patterns》)它不

    是本文讨论的范围。

    注意,同类型与实例的关系不同的是,原型与类型的关系要求一个类型在一个时刻只能

    有一个原型(而一个实例在一个时刻显然可以有多个类型)。对于JavaScript 来说,这个限制有两层含义,第一是每个具体的JavaScript 类型有且仅有一个原型(prototype),在默认的情况下,这个原型是一个Object 对象(注意不是Object 类型!)。第二是,这个对象所属的类型,必须是满足原型关系的类型链。例如p1 所属的类型是Point 和Object,而一个Object 对象是Point 的原型。假如有一个对象,它所属的类型分别为ClassA、ClassB、ClassC和Object,那么必须满足这四个类构成某种完整的原型链。

    有意思的是,JavaScript 并没有规定一个类型的原型的类型(这又是一段非常拗口的

    话),因此它可以是任何类型,通常是某种对象,这样,对象-类型-原形(对象)就可能构

    成一个环状结构,或者其它有意思的拓扑结构,这些结构为JavaScript 带来了五花八门的

    用法,其中的一些用法不但巧妙而且充满美感。下面的一节主要介绍prototype 的用法。

    2、prototype 使用技巧

    在了解prototype 的使用技巧之前,首要先弄明白prototype 的特性。首先,JavaScript

    为每一个类型(Type)都提供了一个prototype 属性,将这个属性指向一个对象,这个对象就

    成为了这个类型的“原型”,这意味着由这个类型所创建的所有对象都具有这个原型的特性。

    另外,JavaScript 的对象是动态的,原型也不例外,给prototype 增加或者减少属性,将

    改变这个类型的原型,这种改变将直接作用到由这个原型创建的所有对象上,例如:

    <script>

    function Point(x,y) {

    this.x = x;

    this.y = y;

    }

    var p1 = new Point(1,2);

    var p2 = new Point(3,4);

    Point.prototype.z = 0; //动态为Point 的原型添加了属性

    alert(p1.z);

    alert(p2.z); //同时作用于Point 类型创建的所有对象

    </script>

    结果:第一次:0 第二次:0

    如果给某个对象的类型的原型添加了某个名为a 的属性,而这个对象本身又有一个名为

    a 的同名属性,则在访问这个对象的属性a 时,对象本身的属性“覆盖”了原型属性,但是

    原型属性并没有消失,当你用delete 运算符将对象本身的属性a 删除时,对象的原型属性

    就恢复了可见性。利用这个特性,可以为对象的属性设定默认值,例如:

    <script>

    function Point(x, y) {

    if(x) this.x = x;

    if(y) this.y = y;

    }

    Point.prototype.x = 0;

    Point.prototype.y = 0;

    var p1 = new Point;

    var p2 = new Point(1,2);

    alert(p1.x+" "+p1.y);

    alert(p1.x+" "+p1.y);

    </script>

    结果:第一次:0 0 第二次:0 0

    上面的例子通过prototype 为Point 对象设定了默认值(0,0),因此p1 的值为(0,0),p2

    的值为(1,2),通过delete p2.x, delete p2.y; 可以将p2 的值恢复为(0,0)。下面是一个

    更有意思的例子:

    <script>

    function classA() {

    this.a = 100;

    this.b = 200;

    this.c = 300;

    this.reset = function() {

    for(var each in this){

    delete this[each];

    }

    }

    }

    classA.prototype = new classA();

    var a = new classA();

    alert(a.a);

    a.a *= 2;

    a.b *= 2;

    a.c *= 2;

    alert(a.a);

    alert(a.b);

    alert(a.c);

    a.reset(); //调用reset 方法将a 的值恢复为默认值

    alert(a.a);

    alert(a.b);

    alert(a.c);

    </script>

    利用prototype 还可以为对象的属性设置一个只读的getter,从而避免它被改写。下

    面是一个例子:

    <script>

    function Point(x, y) {

    if(x) this.x = x;

    if(y) this.y = y;

    }

    Point.prototype.x = 0;

    Point.prototype.y = 0;

    function LineSegment(p1, p2) {

    //私有成员

    var m_firstPoint = p1;

    var m_lastPoint = p2;

    var m_width = {

    valueOf : function(){return Math.abs(p1.x - p2.x)},

    toString : function(){return Math.abs(p1.x - p2.x)}

    }

    var m_height = {

    valueOf : function(){return Math.abs(p1.y - p2.y)},

    toString : function(){return Math.abs(p1.y - p2.y)}

    }

    //getter

    this.getFirstPoint = function() {

    return m_firstPoint;

    }

    this.getLastPoint = function() {

    return m_lastPoint;

    }

    this.length = {

    valueOf : function(){

    return Math.sqrt(m_width*m_width+m_height*m_height)

    },

    toString : function(){

    return Math.sqrt(m_width*m_width + m_height*m_height)

    }

    }

    }

    var p1 = new Point;

    var p2 = new Point(2,3);

    var line1 = new LineSegment(p1, p2);

    var lp = line1.getFirstPoint();

    lp.x = 100; //不小心改写了lp 的值,破坏了lp 的原始值而且不可恢复

    alert(line1.getFirstPoint().x);

    alert(line1.length); //就连line1.lenght 都发生了改变

    </script>

    将this.getFirstPoint()改写为下面这个样子:

    this.getFirstPoint = function() {

    function GETTER(){};

    GETTER.prototype = m_firstPoint;

    return new GETTER();

    }

    则可以避免这个问题,保证了m_firstPoint 属性的只读性。

    <script>

    function Point(x, y) {

    if(x) this.x = x;

    if(y) this.y = y;

    }

    Point.prototype.x = 0;

    Point.prototype.y = 0;

    function LineSegment(p1, p2) {

    //私有成员

    var m_firstPoint = p1;

    var m_lastPoint = p2;

    var m_width = {

    valueOf : function(){

    return Math.abs(p1.x - p2.x)

    },

    toString : function(){

    return Math.abs(p1.x - p2.x)

    }

    }

    var m_height = {

    valueOf : function(){

    return Math.abs(p1.y - p2.y)

    },

    toString : function(){

    return Math.abs(p1.y - p2.y)

    }

    }

    //getter

    this.getFirstPoint = function() {

    function GETTER(){};

    GETTER.prototype = m_firstPoint;

    return new GETTER();

    }

    this.getLastPoint = function() {

    function GETTER(){};

    GETTER.prototype = m_lastPoint;

    return new GETTER();

    }

    this.length = {

    valueOf : function(){

    return Math.sqrt(m_width*m_width + m_height*m_height)

    },

    toString : function(){

    return Math.sqrt(m_width*m_width + m_height*m_height)

    }

    }

    }

    var p1 = new Point;

    var p2 = new Point(2,3);

    var line1 = new LineSegment(p1, p2);

    var lp = line1.getFirstPoint();

    lp.x = 100; //不小心改写了lp 的值,但是没有破坏原始的值

    alert(line1.getFirstPoint().x);

    alert(line1.length); //line1.lenght 不发生改变

    </script>

    实际上,将一个对象设置为一个类型的原型,相当于通过实例化这个类型,为对象建立

    只读副本,在任何时候对副本进行改变,都不会影响到原始对象,而对原始对象进行改变,

    则会影响到副本,除非被改变的属性已经被副本自己的同名属性覆盖。用delete 操作将对

    象自己的同名属性删除,则可以恢复原型属性的可见性。下面再举一个例子:

    <script>

    function Polygon() {

    var m_points = [];

    m_points = Array.apply(m_points, arguments);

    function GETTER(){};

    GETTER.prototype = m_points[0];

    this.firstPoint = new GETTER();

    this.length = {

    valueOf : function(){

    return m_points.length

    },

    toString : function(){

    return m_points.length

    }

    }

    this.add = function() {

    m_points.push.apply(m_points, arguments);

    }

    this.getPoint = function(idx) {

    return m_points[idx];

    }

    this.setPoint = function(idx, point) {

    if (m_points[idx] == null) {

    m_points[idx] = point;

    } else {

    m_points[idx].x = point.x;

    m_points[idx].y = point.y;

    }

    }

    }

    var p = new Polygon({x:1, y:2},{x:2, y:4},{x:2, y:6});

    alert(p.length);

    alert(p.firstPoint.x);

    alert(p.firstPoint.y);

    p.firstPoint.x = 100; //不小心写了它的值

    alert(p.getPoint(0).x); //不会影响到实际的私有成员

    delete p.firstPoint.x; //恢复

    alert(p.firstPoint.x);

    p.setPoint(0, {x:3,y:4}); //通过setter 改写了实际的私有成员

    alert(p.firstPoint.x); //getter 的值发生了改变

    alert(p.getPoint(0).x);

    </script>

    注意,以上的例子说明了用prototype 可以快速创建对象的多个副本,一般情况下,利

    用prototype 来大量的创建复杂对象,要比用其他任何方法来copy 对象快得多。注意到,

    用一个对象为原型,来创建大量的新对象,这正是prototype pattern 的本质。

    下面是一个例子:

    <script>

    var p1 = new Point(1,2);

    var points = [];

    var PointPrototype = function(){};

    PointPrototype.prototype = p1;

    for(var i = 0; i < 10000; i++) {

    points[i] = new PointPrototype();

    //由于PointPrototype 的构造函数是空函数,因此它的构造要比直接构造//p1 副

    本快得多。

    }

    </script>

    除了上面所说的这些使用技巧之外,prototype 因为它独特的特性,还有其它一些用途,

    被用作最广泛和最广为人知的可能是用它来模拟继承,关于这一点,留待下一节中去讨论。

    3、prototype 的实质

    上面已经说了prototype 的作用,现在我们来透过规律揭示prototype 的实质。

    我们说,prototype 的行为类似于C++中的静态域,将一个属性添加为prototype 的属性,

    这个属性将被该类型创建的所有实例所共享,但是这种共享是只读的。在任何一个实例中只

    能够用自己的同名属性覆盖这个属性,而不能够改变它。换句话说,对象在读取某个属性时,

    总是先检查自身域的属性表,如果有这个属性,则会返回这个属性,否则就去读取prototype

    域,返回protoype 域上的属性。另外,JavaScript 允许protoype 域引用任何类型的对象,

    因此,如果对protoype 域的读取依然没有找到这个属性,则JavaScript 将递归地查找

    prototype 域所指向对象的prototype 域,直到这个对象的prototype 域为它本身或者出现

    循环为止,我们可以用下面的图来描述prototype 与对象实例之间的关系:

    //TODO:

    4、prototype 的价值与局限性

    从上面的分析我们理解了prototype,通过它能够以一个对象为原型,安全地创建大量

    的实例,这就是prototype 的真正含义,也是它的价值所在。后面我们会看到,利用prototype

    的这个特性,可以用来模拟对象的继承,但是要知道,prototype 用来模拟继承尽管也是它

    的一个重要价值,但是绝对不是它的核心,换句话说,JavaScript 之所以支持prototype,

    绝对不是仅仅用来实现它的对象继承,即使没有了prototype 继承,JavaScript的prototype

    机制依然是非常有用的。

    由于prototype 仅仅是以对象为原型给类型构建副本,因此它也具有很大的局限性。首先,

    它在类型的prototype 域上并不是表现为一种值拷贝,而是一种引用拷贝,这带来了“副作

    用”。改变某个原型上引用类型的属性的属性值(又是一个相当拗口的解释:P),将会彻底影

    响到这个类型创建的每一个实例。有的时候这正是我们需要的(比如某一类所有对象的改变

    默认值),但有的时候这也是我们所不希望的(比如在类继承的时候),下面给出了一个例子:

    <script>

    function ClassA() {

    this.a=[];

    }

    function ClassB() {

    this.b=function(){};

    }

    ClassB.prototype=new ClassA();

    var objB1=new ClassB();

    var objB2=new ClassB();

    objB1.a.push(1,2,3);

    alert(objB2.a);

    //所有b 的实例中的a 成员全都变了!!这并不是这个例子所希望看到的。

    </script>

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