前端要给力之：原子，与原子联结的友类、友函数

JavaScript中的原子(Atom)是QoBean中提出的一个重要概念，借鉴自erlang，但具有与后者不同的含义。在QoBean里，Meta（元）与Atom（原子）是一对概念，前者表明执行系统中的最小单位，后者表明数据系统中的最小单位。QoBean约定这两个东西为一切元编程的初始，即最小化的执行系统与数据系统模型。

有什么意义呢？没什么意义。这只具备理论上的完整性。为了描述这种完整性，QoBean写了两个相当无厘头的函数：

// Atom system
//  -  atom object for data
function Atom(atom) {
  return atom || {};
}
// Meta system
//  -  meta functional for code
function Meta(func, baseMeta) {
  func.meta = baseMeta || arguments.callee;
  return func;
}
// meta is meta for self.
//   Meta = Meta(Meta);
Meta(Meta);

好了。接下来的一切故事，从Atom开始，至于Meta()，我们今后再讲。

一、原子

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Atom()函数只有一行代码，即：

return atom || {}

atom是传入的参数。如果有该参数，则Atom()认为它是一个原子，返回之；如果没有，则创建一个空白对象作为原子，返回。

Atom()并没有检查atom参数的有效性，但在这里QoBean强制约定“atom参数必须是一个对象实例”。之所以使用强制约定，而不是参数类型检查，这与QoBean在元语言上的基本思想有关：仅从元语言角度，QoBean认为JavaScript只有对象和函数两种类型，且函数也是一种对象。所以，对于Atom()来说，以下三种情况是合法的：

// 函数（包括构造器）可以作为atom
a1 = Atom(function() {});
// 对象实例可以作为atom
a2 = Atom(new Object());
// 也可以直接获取一个atom对象
a3 = Atom();

当然有人会问：凭什么说一个函数从作为atom参数传入Atom()，再原封不动的传出来，就成了一个“原子”了呢？答案是：JavaScript固有的特性，任何两个对象既不相等（==），也不全等（===）。

也就是说，以JavaScript的固有性质来说，任何一个对象实例其实就是一个原子。即使任意两个空白的对象直接量，也是互不相等的。即：

alert( {} == {} ); // 显示false

当然，由于任何函数其实都是Function()的实例，所以也具有相同的性质：

// 显示true, 函数作为对象，是Function()的实例
function foo() {};
alert(foo instanceof Function);
// 显示false, 函数都以原子对象的形式存在，故而互不相等
alert((function(){}) == (function(){}));

二、原子的应用(1)：识别器

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在《JavaScript语言精髓与编程实践》中，谈到过对象的原子性的一种作用，亦即是作为“识别器”。例如说，我们知道硬币有正反两面，所以我们可以写这样的一个对象：

=========
x = {
front: true,
back: true
}
=========

显然我们可以用('front' in x)或者(x['front'])来识别它。但是这就存在了一个问题，因为x对象本来就有toString这样的属性，所以是不是说('toString' in x)为true，因此就表明x有一个名为'toString'的面了呢？同理，如果有人为x添加了一'middle'属性，那么将无法检查是x原本就有middle这个面呢，还是被某些代码污染了？

显然，按照对象设计的原理来说，将”属性”暴露出来，并可以任意读写，是导致这一切的根源。解决它的法子也很简单：用特定的方法来读取之。例如我们要查询"有没有某个面"：

x = {
  front: true,
  back: true,
  query: function(side) { reutnr side in this }
}

我们跨出了正确的一步。但是，与此前完全相同的原因，我们调用x.query('toString')时仍然返回true。这显然不是我们想要的，因为硬币显然没有'toString'这样的'面'。

好吧，我们再向前行一步。我们知道任何一个对象都具有原子性，也就是说唯一。我们只要创建一个对象，让他成为query所需要的一个“钥匙”；然后把这个钥匙藏起来，这样谁也找不到它，于是谁也不能干扰这个对象所约束的那些性质了。

实现起来也很简单：

var coin = function() {
  var exist = Atom();
  var sides = {
    front: exist,
    back: exist
  }
  return {
    query: function(side) { return sides[side] === exist }
  }
}();

好了，就这样。现在如果你调用coin.query('front')就一定返回true，而qoin.query('toString')则返回false了。

不过马上就会有人跳起来了：你这不是多此一举吗？既然sides已经是私有的了，就不必担心外面随意添加成员了呵！再则，不使用exist而使用类似true之类的值不也能判断吗？

是的，初看起来上述的置疑都对。不过在复杂的系统环境中，会存在三个问题，一个是sides[side]的效率不错，总比用数组实现来得强；第二个是，如果sides不在当前的函数内呢？第三个问题则更麻烦，如果你使用true之类的值，又如何避免第三方的代码通过Object.prototype来添加一个成员呢？

例如说，假定query()使用"sides[side] === true"来检测，的确可以避免toString之类的影响，但是如果有人写一行代码"Object.prototype.xxx = true"，那coin.query('xxx')就将让人傻眼了。

所以，我们最好是找把钥匙藏起来，藏得好好的，别人都看不见。

三、原子的应用(2)：友类与友函数

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JavaScript没有明确的“类”的概念，所以这里讨论的友类与友函数其实是同一回事，只是Atom()作用于构造器还是普通函数的区别罢了。此外再强调一点，这里我们讨论的“友元”与“友函数”在名称上的确借鉴自C++，但概念上却有相当的差异。唯一与之相同的约定是，如果A是B的友函数，则A就能访问B的内部结构（例如私有成员）。

要实现这一点，我们得用Atom()把这两个函数联接起来。

举个例子来说，函数A内部有一个列表，记录了x,y,z三种状态。我们设定，有且只有函数B能修改之（当然A的一些内部的方法也能修改，但不是我们这里的主要问题），那么怎么办呢？

function A() {
  var state = {
    x: 100, y: 1000, z:5,
    set: function(n, v) { this[n] = v }
  }
  // ...
}
function B() {
  // 如何在这里修改A中的state?
}

很自然的想法是让A公布一个方法出来。例如：

function A() {
  var state = ...
  // 公布一个方法 
  this.set = function(n, v) {
    state.set(n, v);
  }
}

这样可以通过构建一个对象并用obj.set()来修改。或者我们将A整个的放在一个闭包里，再返回一个函数来做"修改state"的事情。但无论如何，我们只能做到“修改state"，而无法做到“只有B能修改，其它位置都无法调用修改state的代码”。

好吧。传统观念上的、终极的方法， 是我们将state从A()里面移出来。然后将A()与B()放在同一个闭包里面：

function() {
  var state = { .... };
  function A() { ... };
  function B() {
    // 这样就保证仅有A与B是可以修改state的了。
  }
}

问题是，在组织大型的代码、类库或类继承树时，我们可能无法保证A与B处于同一个函数，或者他们根本就不是一个人写的，或者B会是将来的开发人员追加编写的……等等如此，反正A不见得总能与B在一个函数上下文里。

解决这个问题的方法呢？使用Atom()来为A()与B()建立一个友元关系，使它们成为友函数（如果在对象继承中，则可以实现为友类）。如下：

A = B = Atom();
A = function(atom) {
  return function() {
    var state = { ... };
    if (arguments[0]===atom) return state;
    // ... 后续逻辑
  }
}(A);
B = function(atom) {
  return function() {
    var A_state = A(atom);
    // 后续逻辑
  }
}(B);

现在，在最初的时候，A和B都指向一个原子。在得到“真实的A()、B()"的同时，函数A()、B()各持有了atom的一个引用。此后，系统中就再也找不到atom了——没有任何方法可以A、B之外再他们所使用的atom。

由于A()与B()各持有了一个atom，于是，当B()函数调用A(atom)时，A函数就绝对可以信任这是来自于B的调用，因此将state返回即可——当然也可以返回存取函数，或者别的什么东西。对于B()的调用A(atom)，以及A()对arguments[0]进行的识别，一切都是安全的、不可能受外界其它任何因素影响的。

四、其它

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1、同样的方法，我们可以对更多个的函数、构造器或子系统（使用同一个闭包上下文的大段代码块）建立友元关系。

2、原子性是JavaScript对象的固有特性，使用Atom()函数主要是可以上述技巧在系统中具有明确的语义，这比随处定义一个"{}"来得要好。

3、QoBean内部使用这一技术来构建类继承关系，从而使子类可以访问父类的特性，对非子类来说则完全隔离。