从零构建JavaScript的对象系统
一、正统的类与继承
类是对象的定义,而对象是类的实例(Instance)。类不可直接使用,要想使用就必须在内存上生成该类的副本,这个副本就是对象。
以Java为例:
public class Group { } // 创建一个类
Group a = new Group(); // 实例化一个对象
通过继承,子类可以直接从父类获得其所有的属性和方法,继承的实现机制是"复制、拷贝"。
public class Child extends Parent { } // 创建一个子类,继承父类的方法
二、原型与继承
和正统的面向对象语言不同,JavaScript中不存在正统意义的"类"。原因是Brendan Eich在设计JavaScript的时候,不希望又重新设计一门面向对象的语言(因为已经有C++和Java了),并且他希望把JavaScript设计得更简单,因此他借鉴了Java的语法,用构造函数代替类,所以JavaScript中的对象是通过构造函数创建的。
这并不奇怪,JavaScript本身就是一个借鉴多种语言,仓促交媾的产物。
严格的讲,JavaScript中既不存在类,也不存在实例,尽管这些概念是如此的深入人心,以致于误用起来是那么顺其自然,但我们还是需要明白这一点。
没有类,那么JavaScript怎么实现继承呢? Brendan Eich为构造函数设置了一个prototype属性。这个属性包含一个对象(即"原型对象"),所有实例对象需要共享的属性和方法,都放在这个对象里面;不需要共享的属性和方法,就放在构造函数里面。
与类继承的"复制、拷贝"不同,原型继承的机制是"引用、关联"。JavaScript中所有的对象都是由构造函数生成的,每个对象都共同继承构造函数的原型对象中的属性和方法。
在对象内部有两种方式访问它继承的原型:
1、obj.constructor.prototype
2、obj.__proto__
第一种方法,源于每个对象都拥有一个内置属性constructor指向其构造函数;第二种方法源于每个对象都有一个内部指针[[prototype]],直接指向其原型,这个内部指针是不可访问的,但是有些浏览器暴露出一个__proto__属性,用于直接访问原型对象。
三、原型链与继承
因为所有对象都是由构造函数生成的,也就是说所有对象,都必然继承某个原型,而原型本身也是对象,它也会继承别的原型,如此环环相扣就形成了原型链。
JavaScript的对象系统是一个类似族谱的树状结构,每一个分支都通过原型链一脉相承。
基于原型链的继承机制和作用域链的工作机制非常类似:当调用对象的某个属性时,如果对象的自有属性中不存在该属性,那么JavaScript引擎就会沿着该对象的原型链向上查找,直到找到第一个匹配的属性名为止。
原型链总有个尽头吧,就好像DOM只有唯一的根元素一样,所有原型链都汇聚到同一个源头,那就是Object.prototype,它也是一个对象,也有[[prototype]]属性,那么Object.prototype.__proto__ === ?答案是null。
有人特别擅长发挥,就根据这个大谈“JavaScript原型设计的哲学思想”,什么道生于无,一生二,二生三,三生万物……这个真的想多了,一个花两周时间搞出来的“KPI项目”,怎么也扯不到哲学上去,这就是外行学前端的一个写照。原型链系统中每个对象都必须关联到另一个对象,并且不能循环引用,那么原型链就只能无限延伸下去,这显然是不可能的,因此只好把个不伦不类的 null 拿来作为原型链的终结点,这也在一定程度上解释了 null 明明不是对象,但是它的数据类型却是对象。
四、原型的关联规则
每个对象的[[prototype]]具体指向谁,或者说每个对象的原型究竟是谁,取决于对象的创建方式。
1、对象直接量的原型对象是Object.prototype;
var obj = { }; obj.__proto__ === Object.prototype // true
2、通过Object.create( )创建的对象,其原型是由第一个参数指定的对象;
对象直接量等价于Object.create(Object.prototype)
3、通过构造函数创建的对象,其原型即构造函数的原型对象。
内置的构造函数的prototype原型是预设好的,我们可以修改。内置构造函数的prototype原型并不都是普通的对象,例如:
typeof Function.prototype // "function"
Array.isArray( Array.prototype ) // true
但这不重要。
自定义的构造函数,它的原型默认是一个仅含constructor属性的对象。
function f () {}; Object.getOwnPropertyNames(f.prototype) // "constructor"
比较特殊的是函数也有继承的原型。注意,这里很容易混淆“函数的继承原型”与“函数的prototype原型”,它们是两回事,函数不会从自身的prototype指向的原型对象中继承任何属性或方法,所有的函数都共同继承一个原型对象,那就是Function.prototype。
Array.__proto__ === Function.prototype // true
Function.__proto__ === Function.prototype // true
Object.__proto__ === Function.prototype // true
var f = function () { }; f.__proto__ === Function.prototype // true
为什么函数也有__proto__属性?这不奇怪,因为函数也是对象(可调用的对象)。
五、从零构建JavaScript对象系统
根据以上规则,我们试着从零开始构建JavaScript的对象系统。
首先,创造一个构造函数Object,为JavaScript空空如也的对象世界播下第一颗种子。然后给它添一些属性和方法。在Chrome控制台输入Object.getOwnPropertyNames(Object),可以看到Object有二十五个属性,其中就有prototype。
prototype几乎就是JavaScript的繁育后代的生殖系统,所以它很关键,我们需要传给它一些公共属性和方法:
Object.prototype = {/* properties */}
然后需要给Object定义私有属性,虽然它是函数,但毕竟函数也是对象,所以能够定义属性:
Object.create = function ( ) { }; Object.keys = function ( ) { } ……
同样的我们需要给Function设置原型,但是这个原型不是普通对象,而是函数,因此不能用对象直接量:
Function.prototype = {/* properties */} // wrong
Function.prototype = function () { } // right
至于为什么这么做,规范里只有规定,没有解释。
(参考:http://stackoverflow.com/questions/39698919/why-typeoffunction-prototype-is-function)
然后将Function.prototype.__proto__ 设置为 Object.prototype。
如法炮制,于是我们有了九大构造函数:Object、Function、Array、String、Number、Boolean、Date、Error、RegExp。
再来两个单体内置对象:Math和JSON
var Math = new Object(); // 这里采用new“实例化”了一个对象
Math.random = ……
Math.max = ……
……
现在原型对象之间的关联有了,函数是不是也效仿着弄一个继承呢,这样就免得给每个函数都定义相同的方法了,简单粗暴,直接将函数的[[prototype]]都指向Function.prototype完事儿。
JavaScript内置的原型系统基本上就完成了,其它的构造函数和对象就留给程序员自定义设置吧。
参考:阮一峰《JavaScript继承机制的设计思想》
http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/06/designing_ideas_of_inheritance_mechanism_in_javascript.html