javascript中的面向对象(object-oriented)编程

2021-08-01 05:41:28

本文原发于我的个人博客，经多次修改放到csdn上，主要是做备份用，为了更好的阅读体验，请到我的个人博客上阅读。

最近工作一直在用nodejs做开发，有了nodejs，前端、后端、脚本全都可以用javascript搞定，很是方便。但是javascript的很多语法，比如对象，就和我们常用的面向对象的编程语言不同；看某个javascript开源项目，也经常会看到使用this关键字，而这个this关键字在javascript中因上下文不同而意义不同；还有让人奇怪的原型链。这些零零碎碎的东西加起来就很容易让人不知所措，所以，有必要对javascript这门语言进行一下深入了解。

我这篇文章主要想说说如何在javascript中进行面向对象的编程，同时会讲一些javascript这门语言在设计之初的理念。下面让我们开始吧。
首先强调一下，我们现在广泛使用的javascript都是遵循了ECMAScript 5.1标准的，正在制定中的版本为6.0，这个版本变化很大，增加了很多新的语法与函数，大家可以去Mozilla Developer Network上查看。

设计理念

javascript1.0 最初是由网景公司的Brendan Eich在1995年5月花了十天搞出来的，Eich的目标是设计出一种即轻量又强大的语言，所以Eich充分借鉴了其他编程语言的特性，比如Java的语法(syntax)、Scheme的函数(function)、Self的原型继承(prototypal inheritance)、Perl的正则表达式等。
其中值得一提的是，为什么继承借鉴了Self语言的原型机制而不是Java的类机制？首先我们要知道：
- Self的原型机制是靠运行时的语义
- Java的类机制是靠编译时的类语法

Javascript1.0的功能相对简单，为了在今后不断丰富javascript本身功能的同时保持旧代码的兼容性，javascript通过改变运行时的支持来增加新功能，而不是通过修改javascript的语法，这就保证了旧代码的兼容性。这也就是javascript选择基于运行时的原型机制的原因。
wikipedia这样描述到：JavaScript is classified as a prototype-based scripting language with dynamic typing and first-class functions。这些特性使得javascript是一种多范式的解释性编程语言，支持面向对象,命令式(imperative), 函数式(functional)编程风格。

对象

在javascript中，除了数字、字符串、布尔值（true/false）、undefined这几个简单类型外，其他的都是对象。
数字、字符串、布尔值这些简单类型都是不可变量，对象是可变的键值对的集合(mutable keyed conllections)，对象包括数组Array、正则表达式RegExp、函数Function，当然对象Object也是对象。
对象在javascript中说白了就是一系列的键值对。键可以是任何字符串，包括空串；值可以是除了undefined以外的任何值。在javascript中是没有类的概念(class-free)的，但是它有一个原型链(prototype linkage)。javascript对象通过这个链来实现继承关系。

javascript中有一些预定义对象，像是Object、Function、Date、Number、String、Array等。

字面量(literal)

javascript中的每种类型的对象都可以采用字面量(literal)的方式创建。
对于Object对象，可以使用对象字面量(Object literal)来创建，例如：

var empty_object = {};//创建了一个空对象
//创建了一个有两个属性的对象
var stooge = {
    "first-name": "Jerome",
    "last-name": "Howard"
};

当然，也可以用new Object()或Object.create()的方式来创建对象。
对于Function、Array对象都有其相应的字面量形式，后面会讲到，这里不再赘述。

原型链(prototype linkage)

javascript中的每个对象都隐式含有一个[[prototype]]属性，这是ECMAScript中的记法，目前各大浏览器厂商在实现自己的javascript解释器时，采用的记法是__proto__，也就是说每个对象都隐式包含一个__proto__属性。举个例子：

var foo = {
    x: 10,
    y: 20
};

foo这个对象在内存中的存储结构大致是这样的：

当有多个对象时，通过__proto__属性就能够形成一条原型链。看下面的例子：

var a = {
    x: 10,
    calculate: function (z) {
        return this.x + this.y + z;
    }
};
var b = {
    y: 20,
    __proto__: a
};
var c = {
    y: 30,
    __proto__: a
};
// call the inherited method
b.calculate(30); // 60
c.calculate(40); // 80

上面的代码在声明对象b、c时，指明了它们的原型为对象a（a的原型默认指向Object.prototye，Object.prototype这个对象的原型指向null），这几个对象在内存中的结构大致是这样的：

这里需要说明一点，我们如果想在声明对象时指定它的原型，一般采用Object.create()方法，这样效率更高。
除了我们这里说的__proto__属性，相信大家平常更常见的是prototype属性。比如，Date对象中没有加几天的函数，那么我们可以这么做：

Date.prototype.addDays = function(n) {
    this.setDate(this.getDate() + n);
}

那么以后所有的Date对象都拥有addDays方法了（后面讲解继承是会解释为什么）。那么__proto__属性与prototype属性有什么区别呢？

javascript的每个对象都有__proto__属性，但是只有函数对象有prototype属性。

那么在函数对象中，这两个属性的有什么区别呢？
1. __proto__表示该函数对象的原型
2. prototype表示使用new来执行该函数时（这种函数一般成为构造函数，后面会讲解），新创建的对象的原型。例如：
var d = new Date();
d.proto === Date.prototype; //这里为true

看到这里，希望大家能够理解这两个属性的区别了。
在javascript，原型和函数是最重要的两个概念，上面说完了原型，下面说说函数对象。

函数对象Function

首先，函数在javascript中无非也是个对象，可以作为value赋值给某个变量，唯一不同的是函数能够被执行。
使用对象字面量方式创建的对象的__proto__属性指向Object.prototype(Object.prototype的__proto__属性指向null)；使用函数字面量创建的对象的__proto__属性指向Function.prototype(Function.prototype对象的__proto__属性指向Object.prototype)。
函数对象除了__proto__这个隐式属性外，还有两个隐式的属性：
1. 函数的上下文(function’s context)
2. 实现函数的代码(the code that implements the function’s behavior)

和对象字面量一样，我们可以使用函数字面量(function literal)来创建函数。类似于下面的方式：

//使用字面量方式创建一个函数，并赋值给add变量
var add = function (a, b) { 
    return a + b;
};

一个函数字面量有四个部分：
1. function关键字，必选项。
2. 函数名，可选项。上面的示例中就省略了函数名。
3. 由圆括号括起来的一系列参数，必选项。
4. 由花括号括起来的一系列语句，必选项。该函数执行时将会执行这些语句。

函数调用与this

一个函数在被调用时，除了声明的参数外，还会隐式传递两个额外的参数：this与arguments。
this在OOP中很重要，this的值随着调用方式的不同而不同。javascript*有四种调用方式：
1. method invocation pattern。当函数作为某对象一个属性调用时，this指向这个对象。this赋值过程发生在函数调用时（也就是运行时），这叫做late binding
2. function invocation pattern。当函数不作为属性调用时，this指向全局对象，这是个设计上的错误，正确的话，内部函数的this应该指向外部函数。可以通过在函数中定义一个变量来解决这个问题。

    var add = function(a, b) {return a+b;}
    var obj = {
        value: 3,
        double: function() {
            var self = this;//把this赋值给了self
            this.value = add(self.value, self.value);
        }
    }
    obj.double(); //obj.value现在为6

construct invocation pattern。javascript是一门原型继承语言，这也就意味着对象可以直接从其他对象中继承属性，没有类的概念。这和java中的继承不一样。但是javascript提供了一种类似与java创建对象的语法。当一个函数用new来调用时，this指向新创建的对象。这时的函数通常称为构造函数。
apply invocation pattern。使用函数对象的apply方法来执行时，this指向apply的第一个参数。

除了this外，函数在调用是额外传入的另一个参数是arguments。它是函数内部的一个变量，包含函数调用处的所有参数，甚至包含函数定义时没有的参数。

var sum = function () { 
    var i, sum = 0;
    for (i = 0; i < arguments.length; i += 1) {
        sum += arguments[i];
    }
    return sum;
};
sum(4, 8, 15, 16, 23, 42); // 108

需要注意的是，这里的arguments不是一个数组，它只是一个有length属性的类数组对象(Array-like)，它并不拥有数组的其他方法。
关于对象，最后说一下数组，javascript中的数组和平常编程中的数组不大一样。

数组对象Array

数组是一种在内存中线性分配的数据结构，通过下标计算出元素偏移量，从而取出元素。数组应该是一个快速存取的数据结构，但是在javascript中，数组不具备这种特性。
数组在javascript中一个具有传统数组特性的对象，这种对象能够把数组下标转为字符串，然后把这个字符串作为对象的key，最后对取出对应该key的value（这又一次说明了对象在javascript中就是一系列键值对）。

虽然javascript中的数组没有传统语言中的数组那么快，但是由于javascript是弱类型的语言，所以javascript中的数组可以存放任何值。此外Array有很多实用的方法，大家可以去MDN Array查看。
javascript也为数组提供了很方便的字面量(Array Literal)定义方式：

var arr = [1,2,3]

通过数组字面量创建的数组对象的__proto__指向Array.prototype。

继承Inheritance

在Java中，对象是某个类的实例，一个类可以从另一个类中继承。但是在基于原型链的javascript中，对象可以直接从另一个对象创建。

在上面讲解对象时，我们知道了在创建一个对象时，该对象会自动赋予一个__proto__属性，使用各种类型的字面量(Literal)时，javascript解释器自动为__proto__进行了赋值。当我们在javascript执行使用new操作符创建对象时，javascript解释器在构造函数时，同时会执行类似于下面的语句

     this.__proto__ = {constructor: this};

新创建的对象都会有一个__proto__属性，这个属性有一个constructor属性，并且这个属性指向这个新对象。举个例子：

var d = new Date()
d.__proto__.constructor === Date //这里为true

如果new不是一个操作符，而是一个函数的话，它的实现类似于下面的代码：

Function.prototype.new =  function () {
    // Create a new object that inherits from the constructor's prototype.
    var that = Object.create(this.prototype);
    // Invoke the constructor, binding –this- to the new object.
    var other = this.apply(that, arguments);
    // If its return value isn't an object, substitute the new object.
    return (typeof other === 'object' && other) || that;
};

之前也说了，基于原型的继承机制是根据运行时的语义决定的，这就给我们提供了很大的便利。比如，我们想为所有的Array添加一个map函数，那么我们可以这么做：

Array.prototype.map = function(f) {
    var newArr = [];
    for(i=0; i<this.length; i++) {
        newArr.push(f(this[i]));
    }
    return newArr;
}

因为所有的数组对象的__proto__都指向Array.prototype对象，所以我们为这个对象增加方法，那么所有的数组对象就都拥有了这个方法。
javascript解释器会顺着原型链查看某个方法或属性。如果想查看某对象的是否有某个属性，可以使用Object.prototype.hasOwnProperty方法。

总结

通过上面多次讲解，希望大家对对象在javascript中就是一系列的键值对、原型与函数这三个概念有更加深刻的认识，使用javascript来写前端、后端与脚本。在React.js 2015大会上，Facebook公布了即将开源的React Native，这意味着今后我们可以用javascript来写IOS、Android的原生应用了，这可真是learn-once, write-anywhere。相信随着ECMAScript 6的发布，javascript这门语言还会有一系列翻天覆地的变化，Stay Tuned。:-)

参考

JavaScript. The core
《Javascript: The Good Parts》强烈建议大家去看这个书。

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