JavaScript 学习记录 day10-面向对象编程

1. 前述

JavaScript 的面向对象编程和大多数其他语言如 Java、C#的面向对象编程都不太一样。如果你熟悉 Java 或 C#，很好，你一定明白面向对象的两个基本概念：

1. 类：类是对象的类型模板，例如，定义Student类来表示学生，类本身是一种类型，Student 表示学生类型，但不表示任何具体的某个学生；
2. 实例：实例是根据类创建的对象，例如，根据 Student 类可以创建出xiaoming、xiaohong、xiaojun等多个实例，每个实例表示一个具体的学生，他们全都属于Student类型。

所以，类和实例是大多数面向对象编程语言的基本概念。

不过，在 JavaScript 中，这个概念需要改一改。JavaScript 不区分类和实例的概念，而是通过原型（prototype）来实现面向对象编程。 原型是指当我们想要创建xiaoming这个具体的学生时，我们并没有一个Student类型可用。那怎么办？恰好有这么一个现成的对象：

var robot = {
  name: 'Robot',
  height: 1.6,
  run: function () {
    console.log(this.name + ' is running...')
  },
}

我们看这个robot对象有名字，有身高，还会跑，有点像小明，干脆就根据它来“创建”小明得了！

于是我们把它改名为Student，然后创建出xiaoming：

var Student = {
  name: 'Robot',
  height: 1.2,
  run: function () {
    console.log(this.name + ' is running...')
  },
}

var xiaoming = {
  name: '小明',
}

xiaoming.__proto__ = Student

注意最后一行代码把xiaoming的原型指向了对象Student，看上去xiaoming仿佛是从Student继承下来的：

xiaoming.name // '小明'
xiaoming.run() // 小明 is running...

xiaoming有自己的name属性，但并没有定义run()方法。不过，由于小明是从Student继承而来，只要Student有run()方法，xiaoming也可以调用：

JavaScript 的原型链和 Java 的 Class 区别就在，它没有“Class”的概念，所有对象都是实例，所谓继承关系不过是把一个对象的原型指向另一个对象而已。

如果你把xiaoming的原型指向其他对象：

var Bird = {
  fly: function () {
    console.log(this.name + ' is flying...')
  },
}

xiaoming.__proto__ = Bird

现在xiaoming已经无法run()了，他已经变成了一只鸟：

xiaoming.fly() // 小明 is flying...

在 JavaScrip 代码运行时期，你可以把xiaoming从Student变成Bird，或者变成任何对象。

请注意，上述代码仅用于演示目的。在编写 JavaScript 代码时，不要直接用obj.__proto__去改变一个对象的原型，并且，低版本的 IE 也无法使用__proto__。Object.create()方法可以传入一个原型对象，并创建一个基于该原型的新对象，但是新对象什么属性都没有，因此，我们可以编写一个函数来创建xiaoming：

// 原型对象:
var Student = {
  name: 'Robot',
  height: 1.2,
  run: function () {
    console.log(this.name + ' is running...')
  },
}

function createStudent(name) {
  // 基于Student原型创建一个新对象:
  var s = Object.create(Student)
  // 初始化新对象:
  s.name = name
  return s
}

var xiaoming = createStudent('小明')
xiaoming.run() // 小明 is running...
xiaoming.__proto__ === Student // true

这是创建原型继承的一种方法，JavaScript 还有其他方法来创建对象。

2. 创建对象

JavaScript 对每个创建的对象都会设置一个原型，指向它的原型对象。

当我们用obj.xxx访问一个对象的属性时，JavaScript 引擎先在当前对象上查找该属性，如果没有找到，就到其原型对象上找，如果还没有找到，就一直上溯到Object.prototype对象，最后，如果还没有找到，就只能返回undefined。

例如，创建一个Array对象：

var arr = [1, 2, 3]

其原型链是： arr ----> Array.prototype ----> Object.prototype ----> null

Array.prototype定义了indexOf()、shift()等方法，因此你可以在所有的Array对象上直接调用这些方法。

当我们创建一个函数时：

function foo() {
  return 0
}

函数也是一个对象，它的原型链是：

foo ----> Function.prototype ----> Object.prototype ----> null

由于Function.prototype定义了 apply()等方法，因此，所有函数都可以调用 apply()方法。

很容易想到，如果原型链很长，那么访问一个对象的属性就会因为花更多的时间查找而变得更慢，因此要注意不要把原型链搞得太长。

3. 构造函数

除了直接用{ ... }创建一个对象外，JavaScript 还可以用一种构造函数的方法来创建对象。它的用法是，先定义一个构造函数：

function Student(name) {
  this.name = name
  this.hello = function () {
    alert('Hello, ' + this.name + '!')
  }
}

你会问，咦，这不是一个普通函数吗？

这确实是一个普通函数，但是在 JavaScript 中，可以用关键字 new 来调用这个函数，并返回一个对象：

var xiaoming = new Student('小明')
xiaoming.name // '小明'
xiaoming.hello() // Hello, 小明!

注意，如果不写new，这就是一个普通函数，它返回undefined。但是，如果写了new，它就变成了一个构造函数，它绑定的this指向新创建的对象，并默认返回this，也就是说，不需要在最后写return this;。

新创建的 xiaoming 的原型链是：

xiaoming ----> Student.prototype ----> Object.prototype ----> null

也就是说，xiaoming的原型指向函数Student的原型。如果你又创建了xiaohong、xiaojun，那么这些对象的原型与xiaoming是一样的：

xiaoming ↘
xiaohong ----> Student.prototype ----> Object.prototype ----> null
xiaojun  ↗

用new Student()创建的对象还从原型上获得了一个constructor属性，它指向函数Student本身：

xiaoming.constructor === Student.prototype.constructor; // true
Student.prototype.constructor === Student; // true

Object.getPrototypeOf(xiaoming) === Student.prototype; // true

xiaoming instanceof Student; // true

看晕了吧？用一张图来表示这些乱七八糟的关系就是：

红色箭头是原型链。注意，Student.prototype指向的对象就是xiaoming、xiaohong的原型对象，这个原型对象自己还有个属性constructor，指向Student函数本身。

另外，函数Student恰好有个属性prototype指向xiaoming、xiaohong的原型对象，但是xiaoming、xiaohong这些对象可没有prototype这个属性，不过可以用__proto__这个非标准用法来查看。

现在我们就认为xiaoming、xiaohong这些对象“继承”自Student。

不过还有一个小问题，注意观察：

xiaoming.name; // '小明'
xiaohong.name; // '小红'
xiaoming.hello; // function: Student.hello()
xiaohong.hello; // function: Student.hello()
xiaoming.hello === xiaohong.hello; // false

xiaoming和xiaohong各自的name不同，这是对的，否则我们无法区分谁是谁了。

xiaoming和xiaohong各自的hello是一个函数，但它们是两个不同的函数，虽然函数名称和代码都是相同的！

如果我们通过new Student()创建了很多对象，这些对象的 hello 函数实际上只需要共享同一个函数就可以了，这样可以节省很多内存。

要让创建的对象共享一个hello函数，根据对象的属性查找原则，我们只要把hello函数移动到xiaoming、xiaohong这些对象共同的原型上就可以了，也就是Student.prototype：

修改代码如下：

function Student(name) {
  this.name = name
}

Student.prototype.hello = function () {
  alert('Hello, ' + this.name + '!')
}

用new创建基于原型的 JavaScript 的对象就是这么简单！

忘记写 new 怎么办 如果一个函数被定义为用于创建对象的构造函数，但是调用时忘记了写new怎么办？

在 strict 模式下，this.name = name将报错，因为this绑定为undefined，在非 strict 模式下，this.name = name不报错，因为this绑定为window，于是无意间创建了全局变量name，并且返回undefined，这个结果更糟糕。

所以，调用构造函数千万不要忘记写new。为了区分普通函数和构造函数，按照约定，构造函数首字母应当大写，而普通函数首字母应当小写，这样，一些语法检查工具如 jslint 将可以帮你检测到漏写的new。

最后，我们还可以编写一个createStudent()函数，在内部封装所有的new操作。一个常用的编程模式像这样：

function Student(props) {
  this.name = props.name || '匿名' // 默认值为'匿名'
  this.grade = props.grade || 1 // 默认值为1
}

Student.prototype.hello = function () {
  alert('Hello, ' + this.name + '!')
}

function createStudent(props) {
  return new Student(props || {})
}

这个createStudent()函数有几个巨大的优点：一是不需要new来调用，二是参数非常灵活，可以不传，也可以这么传：

var xiaoming = createStudent({
  name: '小明',
})

xiaoming.grade // 1

如果创建的对象有很多属性，我们只需要传递需要的某些属性，剩下的属性可以用默认值。由于参数是一个Object，我们无需记忆参数的顺序。如果恰好从 JSON 拿到了一个对象，就可以直接创建出xiaoming。

练习

请利用构造函数定义Cat，并让所有的Cat对象有一个name属性，并共享一个方法 say()，返回字符串'Hello, xxx!'：

'use strict'

function Cat(name) {
  this.name = name
}

Cat.prototype.say = function () {
  return 'Hello, ' + this.name + '!'
}

// 测试:
var kitty = new Cat('Kitty')
var doraemon = new Cat('哆啦A梦')
if (
  kitty &&
  kitty.name === 'Kitty' &&
  kitty.say &&
  typeof kitty.say === 'function' &&
  kitty.say() === 'Hello, Kitty!' &&
  kitty.say === doraemon.say
) {
  console.log('测试通过!')
} else {
  console.log('测试失败!')
}

4. 原型继承

在传统的基于 Class 的语言如 Java、C++中，继承的本质是扩展一个已有的 Class，并生成新的 Subclass。

由于这类语言严格区分类和实例，继承实际上是类型的扩展。但是，JavaScript 由于采用原型继承，我们无法直接扩展一个 Class，因为根本不存在 Class 这种类型。

但是办法还是有的。我们先回顾Student构造函数：

function Student(props) {
  this.name = props.name || 'Unnamed'
}

Student.prototype.hello = function () {
  alert('Hello, ' + this.name + '!')
}

以及Student的原型链：

现在，我们要基于Student扩展出PrimaryStudent，可以先定义出PrimaryStudent：

function PrimaryStudent(props) {
  // 调用Student构造函数，绑定this变量:
  Student.call(this, props)
  this.grade = props.grade || 1
}

但是，调用了Student构造函数不等于继承了Student，PrimaryStudent创建的对象的原型是：

new PrimaryStudent() ----> PrimaryStudent.prototype ----> Object.prototype ----> null

必须想办法把原型链修改为：

new PrimaryStudent() ----> PrimaryStudent.prototype ----> Student.prototype ----> Object.prototype ----> null

这样，原型链对了，继承关系就对了。新的基于PrimaryStudent创建的对象不但能调用PrimaryStudent.prototype定义的方法，也可以调用Student.prototype定义的方法。

如果你想用最简单粗暴的方法这么干：

PrimaryStudent.prototype = Student.prototype

是不行的！如果这样的话，PrimaryStudent和Student共享一个原型对象，那还要定义PrimaryStudent干啥？

我们必须借助一个中间对象来实现正确的原型链，这个中间对象的原型要指向Student.prototype。为了实现这一点，参考道爷（就是发明 JSON 的那个道格拉斯）的代码，中间对象可以用一个空函数F来实现：

// PrimaryStudent构造函数:
function PrimaryStudent(props) {
  Student.call(this, props)
  this.grade = props.grade || 1
}

// 空函数F:
function F() {}

// 把F的原型指向Student.prototype:
F.prototype = Student.prototype

// 把PrimaryStudent的原型指向一个新的F对象，F对象的原型正好指向Student.prototype:
PrimaryStudent.prototype = new F()

// 把PrimaryStudent原型的构造函数修复为PrimaryStudent:
PrimaryStudent.prototype.constructor = PrimaryStudent

// 继续在PrimaryStudent原型（就是new F()对象）上定义方法：
PrimaryStudent.prototype.getGrade = function () {
  return this.grade
}

// 创建xiaoming:
var xiaoming = new PrimaryStudent({
  name: '小明',
  grade: 2,
})
xiaoming.name // '小明'
xiaoming.grade // 2

// 验证原型:
xiaoming.__proto__ === PrimaryStudent.prototype // true
xiaoming.__proto__.__proto__ === Student.prototype // true

// 验证继承关系:
xiaoming instanceof PrimaryStudent // true
xiaoming instanceof Student // true

用一张图来表示新的原型链：

注意，函数 F 仅用于桥接，我们仅创建了一个new F()实例，而且，没有改变原有的Student定义的原型链。

如果把继承这个动作用一个inherits()函数封装起来，还可以隐藏 F 的定义，并简化代码：

function inherits(Child, Parent) {
  var F = function () {}
  F.prototype = Parent.prototype
  Child.prototype = new F()
  Child.prototype.constructor = Child
}

这个inherits()函数可以复用：

function Student(props) {
  this.name = props.name || 'Unnamed'
}

Student.prototype.hello = function () {
  alert('Hello, ' + this.name + '!')
}

function PrimaryStudent(props) {
  Student.call(this, props)
  this.grade = props.grade || 1
}

// 实现原型继承链:
inherits(PrimaryStudent, Student)

// 绑定其他方法到PrimaryStudent原型:
PrimaryStudent.prototype.getGrade = function () {
  return this.grade
}

小结 JavaScript 的原型继承实现方式就是： 1. 定义新的构造函数，并在内部用call()调用希望“继承”的构造函数，并绑定this； 2. 借助中间函数F实现原型链继承，最好通过封装的inherits函数完成； 3. 继续在新的构造函数的原型上定义新方法。

5. class 继承

在上面我们看到了 JavaScript 的对象模型是基于原型实现的，特点是简单，缺点是理解起来比传统的类－实例模型要困难，最大的缺点是继承的实现需要编写大量代码，并且需要正确实现原型链。

有没有更简单的写法？有！

新的关键字class从 ES6 开始正式被引入到 JavaScript 中。class的目的就是让定义类更简单。

我们先回顾用函数实现 Student 的方法：

function Student(name) {
  this.name = name
}

Student.prototype.hello = function () {
  alert('Hello, ' + this.name + '!')
}

如果用新的class关键字来编写Student，可以这样写：

class Student {
  constructor(name) {
    this.name = name
  }

  hello() {
    alert('Hello, ' + this.name + '!')
  }
}

比较一下就可以发现，class的定义包含了构造函数constructor和定义在原型对象上的函数hello()（注意没有function关键字），这样就避免了Student.prototype.hello = function () {...}这样分散的代码。

最后，创建一个Student对象代码和前面章节完全一样：

var xiaoming = new Student('小明')
xiaoming.hello()

class 继承 用class定义对象的另一个巨大的好处是继承更方便了。想一想我们从Student派生一个PrimaryStudent需要编写的代码量。现在，原型继承的中间对象，原型对象的构造函数等等都不需要考虑了，直接通过extends来实现：

class PrimaryStudent extends Student {
  constructor(name, grade) {
    super(name) // 记得用super调用父类的构造方法!
    this.grade = grade
  }

  myGrade() {
    alert('I am at grade ' + this.grade)
  }
}

注意PrimaryStudent的定义也是class关键字实现的，而extends则表示原型链对象来自Student。子类的构造函数可能会与父类不太相同，例如，PrimaryStudent需要name和grade两个参数，并且需要通过super(name)来调用父类的构造函数，否则父类的name属性无法正常初始化。

PrimaryStudent已经自动获得了父类Student的hello方法，我们又在子类中定义了新的myGrade方法。

ES6 引入的class和原有的 JavaScript 原型继承有什么区别呢？实际上它们没有任何区别，class的作用就是让 JavaScript 引擎去实现原来需要我们自己编写的原型链代码。简而言之，用 class 的好处就是极大地简化了原型链代码。

你一定会问，class 这么好用，能不能现在就用上？

现在用还早了点，因为不是所有的主流浏览器都支持 ES6 的 class。如果一定要现在就用上，就需要一个工具把 class 代码转换为传统的 prototype 代码，可以试试 Babel 这个工具。

练习 请利用class重新定义Cat，并让它从已有的Animal继承，然后新增一个方法say()，返回字符串'Hello, xxx!'：

'use strict'

class Animal {
  constructor(name) {
    this.name = name
  }
}

class Cat extends Animal {
  constructor(name) {
    super(name)
  }

  say() {
    return 'Hello, ' + this.name + '!'
  }
}

// 测试:
var kitty = new Cat('Kitty')
var doraemon = new Cat('哆啦A梦')
if (
  new Cat('x') instanceof Animal &&
  kitty &&
  kitty.name === 'Kitty' &&
  kitty.say &&
  typeof kitty.say === 'function' &&
  kitty.say() === 'Hello, Kitty!' &&
  kitty.say === doraemon.say
) {
  console.log('测试通过!')
} else {
  console.log('测试失败!')
}

学习参考教程：http://www.liaoxuefeng.com