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。

  1. function Cat (name, color) {
  2. this.name = name;
  3. this.color = color;
  4. }
  5. var cat1 = new Cat('大毛', '白色');
  6. cat1.name // '大毛'
  7. 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。

  1. function Cat(name, color) {
  2. this.name = name;
  3. this.color = color;
  4. this.meow = function () {
  5. console.log('喵喵');
  6. };
  7. }
  8. var cat1 = new Cat('大毛', '白色');
  9. var cat2 = new Cat('二毛', '黑色');
  10. cat1.meow === cat2.meow
  11. // false

上面代码中,cat1cat2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。

  1. function f() {}
  2. 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。

  1. function Animal(name) {
  2. this.name = name;
  3. }
  4. Animal.prototype.color = 'white';
  5. var cat1 = new Animal('大毛');
  6. var cat2 = new Animal('二毛');
  7. cat1.color // 'white'
  8. cat2.color // 'white'

上面代码中,构造函数Animalprototype属性,就是实例对象cat1cat2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。

  1. Animal.prototype.color = 'yellow';
  2. cat1.color // "yellow"
  3. 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。

  1. cat1.color = 'black';
  2. cat1.color // 'black'
  3. cat2.color // 'yellow'
  4. Animal.prototype.color // 'yellow';

上面代码中,实例对象cat1color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。

  1. Animal.prototype.walk = function () {
  2. console.log(this.name + ' is walking');
  3. };

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valueOftoString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nullnull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

  1. Object.getPrototypeOf(Object.prototype)
  2. // 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。

  1. var MyArray = function () {};
  2. MyArray.prototype = new Array();
  3. MyArray.prototype.constructor = MyArray;
  4. var mine = new MyArray();
  5. mine.push(1, 2, 3);
  6. mine.length // 3
  7. 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mineArray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。

  1. function P() {}
  2. 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。

  1. function P() {}
  2. var p = new P();
  3. p.constructor === P // true
  4. p.constructor === P.prototype.constructor // true
  5. 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。

  1. function F() {};
  2. var f = new F();
  3. f.constructor === F // true
  4. 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。

  1. function Constr() {}
  2. var x = new Constr();
  3. var y = new x.constructor();
  4. 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。

  1. Constr.prototype.createCopy = function () {
  2. return new this.constructor();
  3. };

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。

  1. function Person(name) {
  2. this.name = name;
  3. }
  4. Person.prototype.constructor === Person // true
  5. Person.prototype = {
  6. method: function () {}
  7. };
  8. Person.prototype.constructor === Person // false
  9. 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。

  1. // 坏的写法
  2. C.prototype = {
  3. method1: function (...) { ... },
  4. // ...
  5. };
  6. // 好的写法
  7. C.prototype = {
  8. constructor: C,
  9. method1: function (...) { ... },
  10. // ...
  11. };
  12. // 更好的写法
  13. 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。

  1. function Foo() {}
  2. var f = new Foo();
  3. 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。

  1. var v = new Vehicle();
  2. 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。

  1. v instanceof Vehicle
  2. // 等同于
  3. 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.prototypeisPrototypeOf()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

  1. var d = new Date();
  2. d instanceof Date // true
  3. d instanceof Object // true

上面代码中,d同时是DateObject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。

  1. var obj = { foo: 123 };
  2. obj instanceof Object // true
  3. 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。

  1. var obj = Object.create(null);
  2. typeof obj // "object"
  3. 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nullObject.create()的详细介绍见后文)。右边的构造函数Objectprototype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。

  1. var x = [1, 2, 3];
  2. var y = {};
  3. x instanceof Array // true
  4. 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。

  1. var s = 'hello';
  2. 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undefinednullinstanceof运算符总是返回false

  1. undefined instanceof Object // false
  2. 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。

  1. function Fubar (foo, bar) {
  2. if (this instanceof Fubar) {
  3. this._foo = foo;
  4. this._bar = bar;
  5. } else {
  6. return new Fubar(foo, bar);
  7. }
  8. }

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。

  1. function Sub(value) {
  2. Super.call(this);
  3. this.prop = value;
  4. }

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。

  1. Sub.prototype = Object.create(Super.prototype);
  2. Sub.prototype.constructor = Sub;
  3. 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。

  1. 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。

  1. function Shape() {
  2. this.x = 0;
  3. this.y = 0;
  4. }
  5. Shape.prototype.move = function (x, y) {
  6. this.x += x;
  7. this.y += y;
  8. console.info('Shape moved.');
  9. };

我们需要让Rectangle构造函数继承Shape

  1. // 第一步,子类继承父类的实例
  2. function Rectangle() {
  3. Shape.call(this); // 调用父类构造函数
  4. }
  5. // 另一种写法
  6. function Rectangle() {
  7. this.base = Shape;
  8. this.base();
  9. }
  10. // 第二步,子类继承父类的原型
  11. Rectangle.prototype = Object.create(Shape.prototype);
  12. 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

  1. var rect = new Rectangle();
  2. rect instanceof Rectangle // true
  3. 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。

  1. ClassB.prototype.print = function() {
  2. ClassA.prototype.print.call(this);
  3. // some code
  4. }

上面代码中,子类Bprint方法先调用父类Aprint方法,再部署自己的代码。这就等于继承了父类Aprint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。

  1. function M1() {
  2. this.hello = 'hello';
  3. }
  4. function M2() {
  5. this.world = 'world';
  6. }
  7. function S() {
  8. M1.call(this);
  9. M2.call(this);
  10. }
  11. // 继承 M1
  12. S.prototype = Object.create(M1.prototype);
  13. // 继承链上加入 M2
  14. Object.assign(S.prototype, M2.prototype);
  15. // 指定构造函数
  16. S.prototype.constructor = S;
  17. var s = new S();
  18. s.hello // 'hello'
  19. s.world // 'world'

上面代码中,子类S同时继承了父类M1M2。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。

  1. var module1 = new Object({
  2.  _count : 0,
  3.  m1 : function (){
  4.   //...
  5.  },
  6.  m2 : function (){
  7.  //...
  8.  }
  9. });

上面的函数m1m2,都封装在module1对象里。使用的时候,就是调用这个对象的属性。

  1. 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。

  1. 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。

  1. function StringBuilder() {
  2. var buffer = [];
  3. this.add = function (str) {
  4. buffer.push(str);
  5. };
  6. this.toString = function () {
  7. return buffer.join('');
  8. };
  9. }

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。

  1. function StringBuilder() {
  2. this._buffer = [];
  3. }
  4. StringBuilder.prototype = {
  5. constructor: StringBuilder,
  6. add: function (str) {
  7. this._buffer.push(str);
  8. },
  9. toString: function () {
  10. return this._buffer.join('');
  11. }
  12. };

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。

  1. var module1 = (function () {
  2.  var _count = 0;
  3.  var m1 = function () {
  4.   //...
  5.  };
  6.  var m2 = function () {
  7.   //...
  8.  };
  9.  return {
  10.   m1 : m1,
  11.   m2 : m2
  12.  };
  13. })();

使用上面的写法,外部代码无法读取内部的_count变量。

  1. 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)。

  1. var module1 = (function (mod){
  2.  mod.m3 = function () {
  3.   //...
  4.  };
  5.  return mod;
  6. })(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)。

  1. var module1 = (function (mod) {
  2.  //...
  3.  return mod;
  4. })(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。

  1. var module1 = (function ($, YAHOO) {
  2.  //...
  3. })(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。

  1. (function($, window, document) {
  2. function go(num) {
  3. }
  4. function handleEvents() {
  5. }
  6. function initialize() {
  7. }
  8. function dieCarouselDie() {
  9. }
  10. //attach to the global scope
  11. window.finalCarousel = {
  12. init : initialize,
  13. destroy : dieCarouselDie
  14. }
  15. })( jQuery, window, document );

上面代码中,finalCarousel对象输出到全局,对外暴露initdestroy接口,内部方法gohandleEventsinitializedieCarouselDie都是外部无法调用的。

参考链接