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JavaScript 继承的实现

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面向对象与基于对象
几乎每个开发人员都有面向对象语言(比如C++、C#、Java)的开发经验。 在传统面向对象的语言中,有两个非常重要的概念 - 类和实例。 类定义了一类事物公共的行为和方法;而实例则是类的一个具体实现。 我们还知道,面向对象编程有三个重要的概念 - 封装、继承和多态。

但是在JavaScript的世界中,所有的这一切特性似乎都不存在。 因为JavaScript本身不是面向对象的语言,而是基于对象的语言。 这里面就有一些有趣的特性,比如JavaScript中所有事物都是对象, 包括字符串、数组、日期、数字,甚至是函数,比如下面这个例子:

    // 定义一个函数 - add    function add(a, b) {      add.invokeTimes++;      return a + b;    }    // 因为函数本身也是对象,这里为函数add定义一个属性,用来记录此函数被调用的次数    add.invokeTimes = 0;    add(1 + 1);    add(2 + 3);    console.log(add.invokeTimes);  // 2   
模拟JavaScript中类和继承
在面向对象的语言中,我们使用类来创建一个自定义对象。然而JavaScript中所有事物都是对象,那么用什么办法来创建自定义对象呢?

这就需要引入另外一个概念 - 原型(prototype),我们可以简单的把prototype看做是一个模版,新创建的自定义对象都是这个模版(prototype)的一个拷贝 (实际上不是拷贝而是链接,只不过这种链接是不可见,给人们的感觉好像是拷贝)。

让我们看一下通过prototype创建自定义对象的一个例子:

    // 构造函数    function Person(name, sex) {      this.name = name;      this.sex = sex;    }    // 定义Person的原型,原型中的属性可以被自定义对象引用    Person.prototype = {      getName: function() {        return this.name;      },      getSex: function() {        return this.sex;      }    }    这里我们把函数Person称为构造函数,也就是创建自定义对象的函数。可以看出,JavaScript通过构造函数和原型的方式模拟实现了类的功能。
创建自定义对象(实例化类)的代码:

    var zhang = new Person("ZhangSan", "man");    console.log(zhang.getName());  // "ZhangSan"    var chun = new Person("ChunHua", "woman");    console.log(chun.getName());  // "ChunHua"    当代码var zhang = new Person("ZhangSan", "man")执行时,其实内部做了如下几件事情:

创建一个空白对象(new Object())。
拷贝Person.prototype中的属性(键值对)到这个空对象中(我们前面提到,内部实现时不是拷贝而是一个隐藏的链接)。
将这个对象通过this关键字传递到构造函数中并执行构造函数。
将这个对象赋值给变量zhang。

为了证明prototype模版并不是被拷贝到实例化的对象中,而是一种链接的方式,请看如下代码:

    function Person(name, sex) {      this.name = name;      this.sex = sex;    }    Person.prototype.age = 20;    var zhang = new Person("ZhangSan", "man");    console.log(zhang.age);  // 20    // 覆盖prototype中的age属性    zhang.age = 19;    console.log(zhang.age);  // 19    delete zhang.age;    // 在删除实例属性age后,此属性值又从prototype中获取    console.log(zhang.age);  // 20    这种在JavaScript内部实现的隐藏的prototype链接,是JavaScript赖以生存的温润土壤, 也是模拟实现继承的基础。


如何在JavaScript中实现简单的继承?
下面的例子将创建一个雇员类Employee,它从Person继承了原型prototype中的所有属性。

    function Employee(name, sex, employeeID) {      this.name = name;      this.sex = sex;      this.employeeID = employeeID;    }    // 将Employee的原型指向Person的一个实例    // 因为Person的实例可以调用Person原型中的方法, 所以Employee的实例也可以调用Person原型中的所有属性。    Employee.prototype = new Person();    Employee.prototype.getEmployeeID = function() {      return this.employeeID;    };    var zhang = new Employee("ZhangSan", "man", "1234");    console.log(zhang.getName());  // "ZhangSan   
上面关于继承的实现很粗糙,并且存在很多问题:

在创建Employee构造函数和原型(以后简称类)时,就对Person进行了实例化,这是不合适的。
Employee的构造函数没法调用父类Person的构造函数,导致在Employee构造函数中对name和sex属性的重复赋值。
Employee中的函数会覆盖Person中的同名函数,没有重载的机制(和上一条是一个类型的问题)。
创建JavaScript类的语法过于零散,不如C#/Java中的语法优雅。
实现中有constructor属性的指向错误,这个会在第二篇文章中讨论。
我们会在第三章完善这个例子。


JavaScript继承的实现
正因为JavaScript本身没有完整的类和继承的实现,并且我们也看到通过手工实现的方式存在很多问题, 因此对于这个富有挑战性的任务网上已经有很多实现了:

Douglas Crockford - Prototypal Inheritance in JavaScript
Douglas Crockford - Classical Inheritance in JavaScript
John Resig - Simple JavaScript Inheritance
Dean Edwards - A Base Class for JavaScript Inheritance
Prototype
Mootools
Extjs
这个系列的文章将会逐一深入分析这些实现,最终达到对JavaScript中如何实现类和继承有一个深入的了解。


下一章我们将会介绍在类实现中的相关知识,比如this、constructor、prototype等。



这一章我们将会重点介绍JavaScript中几个重要的属性(this、constructor、prototype), 这些属性对于我们理解如何实现JavaScript中的类和继承起着至关重要的作用。

this
this表示当前对象,如果在全局作用范围内使用this,则指代当前页面对象window; 如果在函数中使用this,则this指代什么是根据运行时此函数在什么对象上被调用。 我们还可以使用apply和call两个全局方法来改变函数中this的具体指向。

先看一个在全局作用范围内使用this的例子:

  <script type="text/javascript">
   console.log(this === window); // true
   console.log(window.alert === this.alert); // true
   console.log(this.parseInt("021", 10)); // 10
  </script>
 
函数中的this是在运行时决定的,而不是函数定义时,如下:

  // 定义一个全局函数
  function foo() {
   console.log(this.fruit);
  }
  // 定义一个全局变量,等价于window.fruit = "apple";
  var fruit = "apple";
  // 此时函数foo中this指向window对象
  // 这种调用方式和window.foo();是完全等价的
  foo(); // "apple"

  // 自定义一个对象,并将此对象的属性foo指向全局函数foo
  var pack = {
   fruit: "orange",
   foo: foo
  };
  // 此时函数foo中this指向window.pack对象
  pack.foo(); // "orange"
 
全局函数apply和call可以用来改变函数中this的指向,如下:

  // 定义一个全局函数
  function foo() {
   console.log(this.fruit);
  }
 
  // 定义一个全局变量
  var fruit = "apple";
  // 自定义一个对象
  var pack = {
   fruit: "orange"
  };
 
  // 等价于window.foo();
  foo.apply(window); // "apple"
  // 此时foo中的this === pack
  foo.apply(pack); // "orange"
  注:apply和call两个函数的作用相同,唯一的区别是两个函数的参数定义不同。

因为在JavaScript中函数也是对象,所以我们可以看到如下有趣的例子:

  // 定义一个全局函数
  function foo() {
   if (this === window) {
    console.log("this is window.");
   }
  }
 
  // 函数foo也是对象,所以可以定义foo的属性boo为一个函数
  foo.boo = function() {
   if (this === foo) {
    console.log("this is foo.");
   } else if (this === window) {
    console.log("this is window.");
   }
  };
  // 等价于window.foo();
  foo(); // this is window.
 
  // 可以看到函数中this的指向调用函数的对象
  foo.boo(); // this is foo.
 
  // 使用apply改变函数中this的指向
  foo.boo.apply(window); // this is window.
 
prototype
我们已经在第一章中使用prototype模拟类和继承的实现。 prototype本质上还是一个JavaScript对象。 并且每个函数都有一个默认的prototype属性。
如果这个函数被用在创建自定义对象的场景中,我们称这个函数为构造函数。 比如下面一个简单的场景:

  // 构造函数
  function Person(name) {
   this.name = name;
  }
  // 定义Person的原型,原型中的属性可以被自定义对象引用
  Person.prototype = {
   getName: function() {
    return this.name;
   }
  }
  var zhang = new Person("ZhangSan");
  console.log(zhang.getName()); // "ZhangSan"
  作为类比,我们考虑下JavaScript中的数据类型 - 字符串(String)、数字(Number)、数组(Array)、对象(Object)、日期(Date)等。 我们有理由相信,在JavaScript内部这些类型都是作为构造函数来实现的,比如:
  // 定义数组的构造函数,作为JavaScript的一种预定义类型
  function Array() {
   // ...
  }
 
  // 初始化数组的实例
  var arr1 = new Array(1, 56, 34, 12);
  // 但是,我们更倾向于如下的语法定义:
  var arr2 = [1, 56, 34, 12];
  同时对数组操作的很多方法(比如concat、join、push)应该也是在prototype属性中定义的。
实际上,JavaScript所有的固有数据类型都具有只读的prototype属性(这是可以理解的:因为如果修改了这些类型的prototype属性,则哪些预定义的方法就消失了), 但是我们可以向其中添加自己的扩展方法。
  // 向JavaScript固有类型Array扩展一个获取最小值的方法
  Array.prototype.min = function() {
   var min = this[0];
   for (var i = 1; i < this.length; i++) {
    if (this[i] < min) {
     min = this[i];
    }
   }
   return min;
  };
 
  // 在任意Array的实例上调用min方法
  console.log([1, 56, 34, 12].min()); // 1
 
注意:这里有一个陷阱,向Array的原型中添加扩展方法后,当使用for-in循环数组时,这个扩展方法也会被循环出来。
下面的代码说明这一点(假设已经向Array的原型中扩展了min方法):
  var arr = [1, 56, 34, 12];
  var total = 0;
  for (var i in arr) {
   total += parseInt(arr[i], 10);
  }
  console.log(total); // NaN
 
  解决方法也很简单:
  var arr = [1, 56, 34, 12];
  var total = 0;
  for (var i in arr) {
   if (arr.hasOwnProperty(i)) {
    total += parseInt(arr[i], 10);
   }
  }
  console.log(total); // 103
 
constructor
constructor始终指向创建当前对象的构造函数。比如下面例子:

  // 等价于 var foo = new Array(1, 56, 34, 12);
  var arr = [1, 56, 34, 12];
  console.log(arr.constructor === Array); // true
  // 等价于 var foo = new Function();
  var Foo = function() { };
  console.log(Foo.constructor === Function); // true
  // 由构造函数实例化一个obj对象
  var obj = new Foo();
  console.log(obj.constructor === Foo); // true
 
  // 将上面两段代码合起来,就得到下面的结论
  console.log(obj.constructor.constructor === Function); // true
 
但是当constructor遇到prototype时,有趣的事情就发生了。
我们知道每个函数都有一个默认的属性prototype,而这个prototype的constructor默认指向这个函数。如下例所示:

  function Person(name) {
   this.name = name;
  };
  Person.prototype.getName = function() {
   return this.name;
  };
  var p = new Person("ZhangSan");
 
  console.log(p.constructor === Person); // true
  console.log(Person.prototype.constructor === Person); // true
  // 将上两行代码合并就得到如下结果
  console.log(p.constructor.prototype.constructor === Person); // true
  当时当我们重新定义函数的prototype时(注意:和上例的区别,这里不是修改而是覆盖), constructor的行为就有点奇怪了,如下示例:
  function Person(name) {
   this.name = name;
  };
  Person.prototype = {
   getName: function() {
    return this.name;
   }
  };
  var p = new Person("ZhangSan");
  console.log(p.constructor === Person); // false
  console.log(Person.prototype.constructor === Person); // false
  console.log(p.constructor.prototype.constructor === Person); // false
  为什么呢?
原来是因为覆盖Person.prototype时,等价于进行如下代码操作:
  Person.prototype = new Object({
   getName: function() {
    return this.name;
   }
  });
  而constructor始终指向创建自身的构造函数,所以此时Person.prototype.constructor === Object,即是:
  function Person(name) {
   this.name = name;
  };
  Person.prototype = {
   getName: function() {
    return this.name;
   }
  };
  var p = new Person("ZhangSan");
  console.log(p.constructor === Object); // true
  console.log(Person.prototype.constructor === Object); // true
  console.log(p.constructor.prototype.constructor === Object); // true
  怎么修正这种问题呢?方法也很简单,重新覆盖Person.prototype.constructor即可:
  function Person(name) {
   this.name = name;
  };
  Person.prototype = new Object({
   getName: function() {
    return this.name;
   }
  });
  Person.prototype.constructor = Person;
  var p = new Person("ZhangSan");
  console.log(p.constructor === Person); // true
  console.log(Person.prototype.constructor === Person); // true
  console.log(p.constructor.prototype.constructor === Person); // true
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