Javascript继承机制的设计思想

逃离我推掉我的手 2021-07-04 23:29 334阅读 0赞

官方：[http://www.w3school.com.cn/js/pro\_js\_inheritance\_implementing.asp][http_www.w3school.com.cn_js_pro_js_inheritance_implementing.asp]

我一直很难理解Javascript语言的继承机制。

它没有"子类"和"父类"的概念，也没有"类"（class）和"实例"（instance）的区分，全靠一种很奇特的"原型链"（prototype chain）模式，来实现继承。

我花了很多时间，学习这个部分，还做了很多笔记。但是都属于强行记忆，无法从根本上理解。

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直到昨天，我读到法国程序员Vjeux的解释，才恍然大悟，完全明白了Javascript为什么这样设计。

下面，我尝试用自己的语言，来解释它的设计思想。彻底说明白prototype对象到底是怎么回事。其实根本就没那么复杂，真相非常简单。

一、从古代说起

要理解Javascript的设计思想，必须从它的诞生说起。

1994年，网景公司（Netscape）发布了Navigator浏览器0.9版。这是历史上第一个比较成熟的网络浏览器，轰动一时。但是，这个版本的浏览器只能用来浏览，不具备与访问者互动的能力。比如，如果网页上有一栏"用户名"要求填写，浏览器就无法判断访问者是否真的填写了，只有让服务器端判断。如果没有填写，服务器端就返回错误，要求用户重新填写，这太浪费时间和服务器资源了。

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因此，网景公司急需一种网页脚本语言，使得浏览器可以与网页互动。工程师Brendan Eich负责开发这种新语言。他觉得，没必要设计得很复杂，这种语言只要能够完成一些简单操作就够了，比如判断用户有没有填写表单。

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1994年正是面向对象编程（object-oriented programming）最兴盛的时期，C++是当时最流行的语言，而Java语言的1.0版即将于第二年推出，Sun公司正在大肆造势。

Brendan Eich无疑受到了影响，Javascript里面所有的数据类型都是对象（object），这一点与Java非常相似。但是，他随即就遇到了一个难题，到底要不要设计"继承"机制呢？

二、Brendan Eich的选择

如果真的是一种简易的脚本语言，其实不需要有"继承"机制。但是，Javascript里面都是对象，必须有一种机制，将所有对象联系起来。所以，Brendan Eich最后还是设计了"继承"。

但是，他不打算引入"类"（class）的概念，因为一旦有了"类"，Javascript就是一种完整的面向对象编程语言了，这好像有点太正式了，而且增加了初学者的入门难度。

他考虑到，C++和Java语言都使用new命令，生成实例。

C++的写法是：

> 　　ClassName \*object = new ClassName(param);

Java的写法是：

> 　　Foo foo = new Foo();

因此，他就把new命令引入了Javascript，用来从原型对象生成一个实例对象。但是，Javascript没有"类"，怎么来表示原型对象呢？

这时，他想到C++和Java使用new命令时，都会调用"类"的构造函数（constructor）。他就做了一个简化的设计，在Javascript语言中，new命令后面跟的不是类，而是构造函数。

举例来说，现在有一个叫做DOG的构造函数，表示狗对象的原型。

> 　　function DOG(name)\{
> 
> 　　　　this.name = name;
> 
> 　　\}

对这个构造函数使用new，就会生成一个狗对象的实例。

> 　　var dogA = new DOG('大毛');
> 
> 　　alert(dogA.name); // 大毛

注意构造函数中的this关键字，它就代表了新创建的实例对象。

三、new运算符的缺点

用构造函数生成实例对象，有一个缺点，那就是无法共享属性和方法。

比如，在DOG对象的构造函数中，设置一个实例对象的共有属性species。

> 　　function DOG(name)\{
> 
> 　　　　this.name = name;
> 
> 　　　　this.species = '犬科';
> 
> 　　\}

然后，生成两个实例对象：

> 　　var dogA = new DOG('大毛');
> 
> 　　var dogB = new DOG('二毛');

这两个对象的species属性是独立的，修改其中一个，不会影响到另一个。

> 　　dogA.species = '猫科';
> 
> 　　alert(dogB.species); // 显示"犬科"，不受dogA的影响

每一个实例对象，都有自己的属性和方法的副本。这不仅无法做到数据共享，也是极大的资源浪费。

四、prototype属性的引入

考虑到这一点，Brendan Eich决定为构造函数设置一个prototype属性。

这个属性包含一个对象（以下简称"prototype对象"），所有实例对象需要共享的属性和方法，都放在这个对象里面；那些不需要共享的属性和方法，就放在构造函数里面。

实例对象一旦创建，将自动引用prototype对象的属性和方法。也就是说，实例对象的属性和方法，分成两种，一种是本地的，另一种是引用的。

还是以DOG构造函数为例，现在用prototype属性进行改写：

> 　　function DOG(name)\{
> 
> 　　　　this.name = name;
> 
> 　　\}
> 
> 　　DOG.prototype = \{ species : '犬科' \};
> 
>   
> 　　var dogA = new DOG('大毛');
> 
> 　　var dogB = new DOG('二毛');
> 
>   
> 　　alert(dogA.species); // 犬科
> 
> 　　alert(dogB.species); // 犬科

现在，species属性放在prototype对象里，是两个实例对象共享的。只要修改了prototype对象，就会同时影响到两个实例对象。

> 　　DOG.prototype.species = '猫科';
> 
>   
> 　　alert(dogA.species); // 猫科
> 
> 　　alert(dogB.species); // 猫科

五、总结

由于所有的实例对象共享同一个prototype对象，那么从外界看起来，prototype对象就好像是实例对象的原型，而实例对象则好像"继承"了prototype对象一样。

这就是Javascript继承机制的设计思想。不知道我说清楚了没有，继承机制的具体应用方法，可以参考我写的系列文章：

\* 《Javascript面向对象编程（一）：封装》

\* 《Javascript面向对象编程（二）：构造函数的继承》

\* 《Javascript面向对象编程（三）：非构造函数的继承》

（完）

# Javascript 面向对象编程（一）：封装 #

学习Javascript，最难的地方是什么？

我觉得，Object（对象）最难。因为Javascript的Object模型很独特，和其他语言都不一样，初学者不容易掌握。

下面就是我的学习笔记，希望对大家学习这个部分有所帮助。我主要参考了以下两本书籍：

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《面向对象的Javascript》（Object-Oriented JavaScript）

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《Javascript高级程序设计（第二版）》（Professional JavaScript for Web Developers, 2nd Edition)

它们都是非常优秀的Javascript读物，推荐阅读。

笔记分成三部分。今天的第一部分是讨论"封装"（Encapsulation），后面的第二部分和第三部分讨论"继承"（Inheritance）。

============================

Javascript 面向对象编程（一）：封装

Javascript是一种基于对象（object-based）的语言，你遇到的所有东西几乎都是对象。但是，它又不是一种真正的面向对象编程（OOP）语言，因为它的语法中没有class（类）。

那么，如果我们要把"属性"（property）和"方法"（method），封装成一个对象，甚至要从原型对象生成一个实例对象，我们应该怎么做呢？

一、 生成对象的原始模式

假定我们把猫看成一个对象，它有"名字"和"颜色"两个属性。

> 　　var Cat = \{
> 
> 　　　　name : '',
> 
> 　　　　color : ''
> 
> 　　\}

现在，我们需要根据这个原型对象的规格（schema），生成两个实例对象。

> 　　var cat1 = \{\}; // 创建一个空对象
> 
> 　　　　cat1.name = "大毛"; // 按照原型对象的属性赋值
> 
> 　　　　cat1.color = "黄色";
> 
> 　　var cat2 = \{\};
> 
> 　　　　cat2.name = "二毛";
> 
> 　　　　cat2.color = "黑色";

好了，这就是最简单的封装了，把两个属性封装在一个对象里面。但是，这样的写法有两个缺点，一是如果多生成几个实例，写起来就非常麻烦；二是实例与原型之间，没有任何办法，可以看出有什么联系。

二、 原始模式的改进

我们可以写一个函数，解决代码重复的问题。

> 　　function Cat(name,color)\{
> 
> 　　　　return \{
> 
> 　　　　　　name:name,
> 
> 　　　　　　color:color
> 
> 　　　　\}
> 
> 　　\}

然后生成实例对象，就等于是在调用函数：

> 　　var cat1 = Cat("大毛","黄色");
> 
> 　　var cat2 = Cat("二毛","黑色");

这种方法的问题依然是，cat1和cat2之间没有内在的联系，不能反映出它们是同一个原型对象的实例。

三、 构造函数模式

为了解决从原型对象生成实例的问题，Javascript提供了一个构造函数（Constructor）模式。

所谓"构造函数"，其实就是一个普通函数，但是内部使用了this变量。对构造函数使用new运算符，就能生成实例，并且this变量会绑定在实例对象上。

比如，猫的原型对象现在可以这样写，

> 　　function Cat(name,color)\{
> 
> 　　　　this.name=name;
> 
> 　　　　this.color=color;
> 
> 　　\}

我们现在就可以生成实例对象了。

> 　　var cat1 = new Cat("大毛","黄色");
> 
> 　　var cat2 = new Cat("二毛","黑色");
> 
> 　　alert(cat1.name); // 大毛
> 
> 　　alert(cat1.color); // 黄色

这时cat1和cat2会自动含有一个constructor属性，指向它们的构造函数。

> 　　alert(cat1.constructor == Cat); //true
> 
> 　　alert(cat2.constructor == Cat); //true

Javascript还提供了一个instanceof运算符，验证原型对象与实例对象之间的关系。

> 　　alert(cat1 instanceof Cat); //true
> 
> 　　alert(cat2 instanceof Cat); //true

四、构造函数模式的问题

构造函数方法很好用，但是存在一个浪费内存的问题。

请看，我们现在为Cat对象添加一个不变的属性"type"（种类），再添加一个方法eat（吃老鼠）。那么，原型对象Cat就变成了下面这样：

> 　　function Cat(name,color)\{
> 
> 　　　　this.name = name;
> 
> 　　　　this.color = color;
> 
> 　　　　this.type = "猫科动物";
> 
> 　　　　this.eat = function()\{alert("吃老鼠");\};
> 
> 　　\}

还是采用同样的方法，生成实例：

> 　　var cat1 = new Cat("大毛","黄色");
> 
> 　　var cat2 = new Cat ("二毛","黑色");
> 
> 　　alert(cat1.type); // 猫科动物
> 
> 　　cat1.eat(); // 吃老鼠

表面上好像没什么问题，但是实际上这样做，有一个很大的弊端。那就是对于每一个实例对象，type属性和eat()方法都是一模一样的内容，每一次生成一个实例，都必须为重复的内容，多占用一些内存。这样既不环保，也缺乏效率。

> 　　alert(cat1.eat == cat2.eat); //false

能不能让type属性和eat()方法在内存中只生成一次，然后所有实例都指向那个内存地址呢？回答是可以的。

五、 Prototype模式

Javascript规定，每一个构造函数都有一个prototype属性，指向另一个对象。这个对象的所有属性和方法，都会被构造函数的实例继承。

这意味着，我们可以把那些不变的属性和方法，直接定义在prototype对象上。

> 　　function Cat(name,color)\{
> 
> 　　　　this.name = name;
> 
> 　　　　this.color = color;
> 
> 　　\}
> 
> 　　Cat.prototype.type = "猫科动物";
> 
> 　　Cat.prototype.eat = function()\{alert("吃老鼠")\};

然后，生成实例。

> 　　var cat1 = new Cat("大毛","黄色");
> 
> 　　var cat2 = new Cat("二毛","黑色");
> 
> 　　alert(cat1.type); // 猫科动物
> 
> 　　cat1.eat(); // 吃老鼠

这时所有实例的type属性和eat()方法，其实都是同一个内存地址，指向prototype对象，因此就提高了运行效率。

> 　　alert(cat1.eat == cat2.eat); //true

六、 Prototype模式的验证方法

为了配合prototype属性，Javascript定义了一些辅助方法，帮助我们使用它。，

6.1 isPrototypeOf()

这个方法用来判断，某个proptotype对象和某个实例之间的关系。

> 　　alert(Cat.prototype.isPrototypeOf(cat1)); //true
> 
> 　　alert(Cat.prototype.isPrototypeOf(cat2)); //true

6.2 hasOwnProperty()

每个实例对象都有一个hasOwnProperty()方法，用来判断某一个属性到底是本地属性，还是继承自prototype对象的属性。

> 　　alert(cat1.hasOwnProperty("name")); // true
> 
> 　　alert(cat1.hasOwnProperty("type")); // false

6.3 in运算符

in运算符可以用来判断，某个实例是否含有某个属性，不管是不是本地属性。

> 　　alert("name" in cat1); // true
> 
> 　　alert("type" in cat1); // true

in运算符还可以用来遍历某个对象的所有属性。

> 　　for(var prop in cat1) \{ alert("cat1\["+prop+"\]="+cat1\[prop\]); \}

未完，请继续阅读这个系列的第二部分《构造函数的继承》和第三部分《非构造函数的继承》。

（完）

# Javascript面向对象编程（二）：构造函数的继承 #

这个系列的第一部分，主要介绍了如何"封装"数据和方法，以及如何从原型对象生成实例。

今天要介绍的是，对象之间的"继承"的五种方法。

比如，现在有一个"动物"对象的构造函数。

>   
> 　　function Animal()\{
> 
> 　　　　this.species = "动物";
> 
> 　　\}

还有一个"猫"对象的构造函数。

>   
> 　　function Cat(name,color)\{
> 
> 　　　　this.name = name;
> 
> 　　　　this.color = color;
> 
> 　　\}

怎样才能使"猫"继承"动物"呢？

一、 构造函数绑定

第一种方法也是最简单的方法，使用call或apply方法，将父对象的构造函数绑定在子对象上，即在子对象构造函数中加一行：

> 　　function Cat(name,color)\{
> 
> 　　　　Animal.apply(this, arguments);
> 
> 　　　　this.name = name;
> 
> 　　　　this.color = color;
> 
> 　　\}
> 
> 　　var cat1 = new Cat("大毛","黄色");
> 
> 　　alert(cat1.species); // 动物

二、 prototype模式

第二种方法更常见，使用prototype属性。

如果"猫"的prototype对象，指向一个Animal的实例，那么所有"猫"的实例，就能继承Animal了。

> 　　Cat.prototype = new Animal();
> 
> 　　Cat.prototype.constructor = Cat;
> 
> 　　var cat1 = new Cat("大毛","黄色");
> 
> 　　alert(cat1.species); // 动物

代码的第一行，我们将Cat的prototype对象指向一个Animal的实例。

> 　　Cat.prototype = new Animal();

它相当于完全删除了prototype 对象原先的值，然后赋予一个新值。但是，第二行又是什么意思呢？

> 　　Cat.prototype.constructor = Cat;

原来，任何一个prototype对象都有一个constructor属性，指向它的构造函数。如果没有"Cat.prototype = new Animal();"这一行，Cat.prototype.constructor是指向Cat的；加了这一行以后，Cat.prototype.constructor指向Animal。

> 　　alert(Cat.prototype.constructor == Animal); //true

更重要的是，每一个实例也有一个constructor属性，默认调用prototype对象的constructor属性。

> 　　alert(cat1.constructor == Cat.prototype.constructor); // true

因此，在运行"Cat.prototype = new Animal();"这一行之后，cat1.constructor也指向Animal！

> 　　alert(cat1.constructor == Animal); // true

这显然会导致继承链的紊乱（cat1明明是用构造函数Cat生成的），因此我们必须手动纠正，将Cat.prototype对象的constructor值改为Cat。这就是第二行的意思。

这是很重要的一点，编程时务必要遵守。下文都遵循这一点，即如果替换了prototype对象，

> 　　o.prototype = \{\};

那么，下一步必然是为新的prototype对象加上constructor属性，并将这个属性指回原来的构造函数。

> 　　o.prototype.constructor = o;

三、 直接继承prototype

第三种方法是对第二种方法的改进。由于Animal对象中，不变的属性都可以直接写入Animal.prototype。所以，我们也可以让Cat()跳过 Animal()，直接继承Animal.prototype。

现在，我们先将Animal对象改写：

> 　　function Animal()\{ \}
> 
> 　　Animal.prototype.species = "动物";

然后，将Cat的prototype对象，然后指向Animal的prototype对象，这样就完成了继承。

> 　　Cat.prototype = Animal.prototype;
> 
> 　　Cat.prototype.constructor = Cat;
> 
> 　　var cat1 = new Cat("大毛","黄色");
> 
> 　　alert(cat1.species); // 动物

与前一种方法相比，这样做的优点是效率比较高（不用执行和建立Animal的实例了），比较省内存。缺点是 Cat.prototype和Animal.prototype现在指向了同一个对象，那么任何对Cat.prototype的修改，都会反映到Animal.prototype。

所以，上面这一段代码其实是有问题的。请看第二行

> 　　Cat.prototype.constructor = Cat;

这一句实际上把Animal.prototype对象的constructor属性也改掉了！

> 　　alert(Animal.prototype.constructor); // Cat

四、 利用空对象作为中介

由于"直接继承prototype"存在上述的缺点，所以就有第四种方法，利用一个空对象作为中介。

> 　　var F = function()\{\};
> 
> 　　F.prototype = Animal.prototype;
> 
> 　　Cat.prototype = new F();
> 
> 　　Cat.prototype.constructor = Cat;

F是空对象，所以几乎不占内存。这时，修改Cat的prototype对象，就不会影响到Animal的prototype对象。

> 　　alert(Animal.prototype.constructor); // Animal

我们将上面的方法，封装成一个函数，便于使用。

> 　　function extend(Child, Parent) \{  
>   
> 　　　　var F = function()\{\};
> 
> 　　　　F.prototype = Parent.prototype;
> 
> 　　　　Child.prototype = new F();
> 
> 　　　　Child.prototype.constructor = Child;
> 
> 　　　　Child.uber = Parent.prototype;
> 
> 　　\}

使用的时候，方法如下

> 　　extend(Cat,Animal);
> 
> 　　var cat1 = new Cat("大毛","黄色");
> 
> 　　alert(cat1.species); // 动物

这个extend函数，就是YUI库如何实现继承的方法。

另外，说明一点，函数体最后一行

> 　　Child.uber = Parent.prototype;

意思是为子对象设一个uber属性，这个属性直接指向父对象的prototype属性。（uber是一个德语词，意思是"向上"、"上一层"。）这等于在子对象上打开一条通道，可以直接调用父对象的方法。这一行放在这里，只是为了实现继承的完备性，纯属备用性质。

五、 拷贝继承

上面是采用prototype对象，实现继承。我们也可以换一种思路，纯粹采用"拷贝"方法实现继承。简单说，如果把父对象的所有属性和方法，拷贝进子对象，不也能够实现继承吗？这样我们就有了第五种方法。

首先，还是把Animal的所有不变属性，都放到它的prototype对象上。

> 　　function Animal()\{\}
> 
> 　　Animal.prototype.species = "动物";

然后，再写一个函数，实现属性拷贝的目的。

> 　　function extend2(Child, Parent) \{
> 
> 　　　　var p = Parent.prototype;
> 
> 　　　　var c = Child.prototype;
> 
> 　　　　for (var i in p) \{
> 
> 　　　　　　c\[i\] = p\[i\];
> 
> 　　　　　　\}
> 
> 　　　　c.uber = p;
> 
> 　　\}

这个函数的作用，就是将父对象的prototype对象中的属性，一一拷贝给Child对象的prototype对象。

使用的时候，这样写：

> 　　extend2(Cat, Animal);
> 
> 　　var cat1 = new Cat("大毛","黄色");
> 
> 　　alert(cat1.species); // 动物

（本系列未完，请继续阅读第三部分《非构造函数的继承》。）

（完）

# Javascript面向对象编程（三）：非构造函数的继承 #

这个系列的第一部分介绍了"封装"，第二部分介绍了使用构造函数实现"继承"。

今天是最后一个部分，介绍不使用构造函数实现"继承"。

一、什么是"非构造函数"的继承？

比如，现在有一个对象，叫做"中国人"。

> 　　var Chinese = \{  
> 　　　　nation:'中国'  
> 　　\};

还有一个对象，叫做"医生"。

> 　　var Doctor =\{  
> 　　　　career:'医生'  
> 　　\}

请问怎样才能让"医生"去继承"中国人"，也就是说，我怎样才能生成一个"中国医生"的对象？

这里要注意，这两个对象都是普通对象，不是构造函数，无法使用构造函数方法实现"继承"。

二、object()方法

json格式的发明人Douglas Crockford，提出了一个object()函数，可以做到这一点。

> 　　function object(o) \{
> 
> 　　　　function F() \{\}
> 
> 　　　　F.prototype = o;
> 
> 　　　　return new F();
> 
> 　　\}

这个object()函数，其实只做一件事，就是把子对象的prototype属性，指向父对象，从而使得子对象与父对象连在一起。

使用的时候，第一步先在父对象的基础上，生成子对象：

> 　　var Doctor = object(Chinese);

然后，再加上子对象本身的属性：

> 　　Doctor.career = '医生';

这时，子对象已经继承了父对象的属性了。

> 　　alert(Doctor.nation); //中国

三、浅拷贝

除了使用"prototype链"以外，还有另一种思路：把父对象的属性，全部拷贝给子对象，也能实现继承。

下面这个函数，就是在做拷贝：

> 　　function extendCopy(p) \{
> 
> 　　　　var c = \{\};
> 
> 　　　　for (var i in p) \{   
> 　　　　　　c\[i\] = p\[i\];  
> 　　　　\}
> 
> 　　　　c.uber = p;
> 
> 　　　　return c;  
> 　　\}

使用的时候，这样写：

> 　　var Doctor = extendCopy(Chinese);
> 
> 　　Doctor.career = '医生';
> 
> 　　alert(Doctor.nation); // 中国

但是，这样的拷贝有一个问题。那就是，如果父对象的属性等于数组或另一个对象，那么实际上，子对象获得的只是一个内存地址，而不是真正拷贝，因此存在父对象被篡改的可能。

请看，现在给Chinese添加一个"出生地"属性，它的值是一个数组。

> 　　Chinese.birthPlaces = \['北京','上海','香港'\];

通过extendCopy()函数，Doctor继承了Chinese。

> 　　var Doctor = extendCopy(Chinese);

然后，我们为Doctor的"出生地"添加一个城市：

> 　　Doctor.birthPlaces.push('厦门');

发生了什么事？Chinese的"出生地"也被改掉了！

> 　　alert(Doctor.birthPlaces); //北京, 上海, 香港, 厦门
> 
> 　　alert(Chinese.birthPlaces); //北京, 上海, 香港, 厦门

所以，extendCopy()只是拷贝基本类型的数据，我们把这种拷贝叫做"浅拷贝"。这是早期jQuery实现继承的方式。

四、深拷贝

所谓"深拷贝"，就是能够实现真正意义上的数组和对象的拷贝。它的实现并不难，只要递归调用"浅拷贝"就行了。

> 　　function deepCopy(p, c) \{
> 
> 　　　　var c = c || \{\};
> 
> 　　　　for (var i in p) \{
> 
> 　　　　　　if (typeof p\[i\] === 'object') \{
> 
> 　　　　　　　　c\[i\] = (p\[i\].constructor === Array) ? \[\] : \{\};
> 
> 　　　　　　　　deepCopy(p\[i\], c\[i\]);
> 
> 　　　　　　\} else \{
> 
> 　　　　　　　　　c\[i\] = p\[i\];
> 
> 　　　　　　\}  
> 　　　　\}
> 
> 　　　　return c;  
> 　　\}

使用的时候这样写：

> 　　var Doctor = deepCopy(Chinese);

现在，给父对象加一个属性，值为数组。然后，在子对象上修改这个属性：

> 　　Chinese.birthPlaces = \['北京','上海','香港'\];
> 
> 　　Doctor.birthPlaces.push('厦门');

这时，父对象就不会受到影响了。

> 　　alert(Doctor.birthPlaces); //北京, 上海, 香港, 厦门
> 
> 　　alert(Chinese.birthPlaces); //北京, 上海, 香港

目前，jQuery库使用的就是这种继承方法。

（完）

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[bg2010051701.jpg]: http://image.beekka.com/blog/201005/bg2010051701.jpg
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