JavaScript中的原型和繼承

作者: Scott Allen  來源: jobbole  釋出時間: 2014-05-05 17:28  閱讀: 6432 次  推薦: 6   原文連結   [收藏]  

　　英文原文：Prototypes and Inheritance in JavaScript

　　請在此暫時忘記之前學到的面向對象的一切知識。這裡隻需要考慮賽車的情況。是的，就是賽車。

　　最近我正在觀看 24 Hours of Le Mans ，這是法國流行的一項賽事。最快的車被稱為 Le Mans 原型車。這些車雖然是由“奧迪”或“标緻”這些廠商制造的，可它們并不是你在街上或速公路上所見到的那類汽車。它們是專為參加高速耐力賽事而制造出來的。

　　廠家投入巨額資金，用于研發、設計、制造這些原型車，而工程師們總是努力嘗試将這項工程做到極緻。他們在合金、生物燃料、制動技術、輪胎的化合物成分和安全特性上進行了各種實驗。随着時間的推移，這些實驗中的某些技術經過反複改進，随之進入到車輛的主流産品線中。你所駕駛車輛的某些技術，有可能是在賽車原型上第一次亮相的。

　　你也可以說，這些主流車輛繼承了來自賽車的技術原型。

　　到現在，我們就有讨論 JavaScript 中的原型和繼承問題的基礎了。它雖然并不像你在 C++、Java 或 C# 中了解的經典繼承模式一樣，但這種方式同樣強大，并且有可能會更加靈活。

　　有關對象和類

　　JavaScript 中全是對象，這指的是傳統意義上的對象，也就是“一個包含了狀态和行為的單一實體”。例如，JavaScript 中的數組是含有數個值，并且包含 push、reverse 和 pop 方法的對象。

var myArray = [1, 2];
myArray.push(3);
myArray.reverse();
myArray.pop();
var length = myArray.length;      

　　現在問題是，push 這樣的方法是從何而來的呢？我們前面提到的那些靜态語言使用“類文法”來定義對象的結構，但是 JavaScript 是一個沒有“類文法”的語言，無法用 Array“類”的文法來定義每個數組對象。而因為 JavaScript 是動态語言，我們可以在實際需要的情況下，将方法任意放置到對象上。例如下面的代碼，就在二維空間中，定義了用來表示一個點的點對象，同時還定義了一個 add 方法

var point = {
    x : 10,
    y : 5,
    add: function(otherPoint) {
        this.x += otherPoint.x;
        this.y += otherPoint.y;
    }
};       

　　但是上面的做法可擴充性并不好。我們需要確定每一個點對象都含有一個 add 方法，同時也希望所有點對象都共享同一個 add 方法的實作，而不是這個方法手工添加每一個點對象上。這就是原型發揮它作用的地方。

　　有關原型

　　在 JavaScript 中，每個對象都保持着一塊隐藏的狀态 —— 一個對另一個對象的引用，也被稱作原型。我們之前建立的數組引用了一個原型對象，我們自行建立的點對象也是如此。上面說原型引用是隐藏的，但也有 ECMAScript（JavaScript 的正式名稱）的實作可以通過一個對象的__proto__屬性（例如谷歌浏覽器）通路到這個原型引用。從概念上講，我們可以将對象當作類似于 圖1 所表示的對象 —— 原型的關系。

圖1

　　展望未來，開發者将能夠使用 Object.getPrototypeOf 函數，代替__proto__屬性，取得對象原型的引用。在本文寫出的時候，已經可以在 Google Chrome，FIrefox 和 IE9 浏覽器中使用 Object.getPrototypeOf 函數。更多浏覽器在未來會實作此功能，因為它已經是 ECMAScript 标準的一部分了。我們可以使用下面的代碼，來證明我們建立的 myArray 和點對象引用的是兩個不同的原型對象。

Object.getPrototypeOf(point) != Object.getPrototypeOf(myArray);      

　　對于本文的其餘部分，我将交叉使用 __proto__和Object.getPrototypeOf 函數，主要是因為 __proto__ 在圖和句子中更容易識别。需要記住的是它(__proto__)不是标準，而 Object.getPrototypeOf 函數才是檢視對象原型的推薦方法。

　　是什麼讓原型如此特别？

　　我們還沒有回答這個問題：數組中 push 這樣的方法是從何而來的呢？答案是：它來源于 myArray 原型對象。圖 2 是 Chrome 浏覽器中腳本調試器的螢幕截圖。我們已經調用 Object.getPrototypeOf 方法檢視 myArray 的原型對象。

　　圖2

　　注意 myArray 的原型對象中有許多方法，包括那些在代碼示例中調用的 push、pop 和 reverse 方法。是以，原型對象中的确包括 push 方法，但是 myArray 方法如何引用到呢？

myArray.push(3);      

　　了解其工作原理的第一步，是要認識到原型并不是特别的。原型隻是普通的對象。可以給原型添加方法，屬性，并把他們當作其他 JavaScript 對象一樣看待。然而，套用喬治·奧威爾的小說《動物農場》中“豬”的說法 —— 所有的對象應當是平等的，但有些對象（遵守規則的）比其他人更加平等。

　　JavaScript 中的原型對象的确是特殊的，因為他們遵從以下規則。當我們告訴 JavaScript 我們要調用一個對象的 push 方法，或讀取對象的 x 屬性時，運作時會首先查找對象本身。如果運作時找不到想要的東西，它就會循着 __proto__ 引用和對象原型尋找該成員。當我們  調用 myArray 的 push 方法時，JavaScript 并沒有在 myArray 對象上發現 push 方法，而是在 myArray 的原型對象上找到了，于是 JavaScript 調用此方法（見圖 3）。

圖3

　　上面所描述的行為是指一個對象本身繼承了原型上的任何方法或屬性。JavaScript 中其實不需要使用類文法也能實作繼承。就像從賽車原型上繼承了相應的技術的車，一個 JavaScript 對象也可以從原型對象上繼承功能特性。

　　圖 3 還展示了每個數組對象同時也可以維護自身的狀态和成員。在請求得到 myArray 的 length 屬性的情況下，JavaScript 會取得 myArray 中 length 屬性的值，而不會去讀取原型中的對應值。我們可以通過向對象上添加 push 這樣的方法來“重寫”push 方法。這樣就會有效地隐藏原型中的 push 方法實作。

共享原型

　　JavaScript 中原型的真正神奇之處是多個對象如何維持對同一個原型對象的引用。例如，如果我們建立了這樣的兩個數組：

var myArray = [1, 2];
var yourArray = [4, 5, 6];      

　　那麼這兩個數組将共享同一個原型對象，而下面的代碼計算結果為 true：

Object.getPrototypeOf(myArray) === Object.getPrototypeOf(yourArray);      

　　如果我們引用兩個數組對象上的 push 方法，JavaScript 會去尋找原型上共享的 push 方法。

圖4

　　JavaScript 中的原型對象提供繼承功能，同時也就實作了該方法實作的共享。原型也是鍊式的。換句話說，因為原型對象隻是一個對象，是以一個原型對象可以維持到另一個原型對象的引用。如果你重新審視圖 2 便可以看到，原型的 __proto__ 屬性是一個指向另一個原型的非空值。當 JavaScript 查找像 push 方法這樣的成員時，它會循着原型引用鍊檢查每一個對象，直到找到該成員，或者抵達原型鍊的末端。原型鍊為繼承和共享開辟了一條靈活的途徑。

　　你可能會問的下一個問題是：我該如何設定那些自定義對象的原型引用呢？例如前面所使用的點對象，如何才能将 add 方法添加到原型對象中，并從多個點對象中繼承方法呢？在回答這個問題之前，我們需要看看函數。

　　有關函數

　　JavaScript 中的函數也是對象。這樣的表述帶來了幾個重要的結果，而我們并不會在本文中涉及所有的事項。這其中，能将一個函數指派給一個變量，并且将一個函數作為參數傳遞給另一個函數的能力構成了現代 JavaScript 程式設計表達的基本範式。

　　我們需要關注的是，函數本身就是對象，是以函數可以有自身的方法，屬性，并且引用一個原型對象。讓我們來讨論下面的代碼的含義。

// 這将傳回 true：
typeof (Array) === "function"
// 這樣的表達式也是：
Object.getPrototypeOf(Array) === Object.getPrototypeOf(function () { })
// 這樣的表達式同樣：
Array.prototype != null      

　　代碼中的第一行證明， JavaScript 中的數組是函數。稍後我們将看到如何調用 Array 函數建立一個新的數組對象。下一行代碼，證明了 Array 對象使用與任何其他函數對象相同的原型，就像我們看到數組對象間共享相同的原型一樣。最後一行代碼證明了 Array 函數都有一個 prototype 屬性，而這個 prototype 屬性指向一個有效的對象。這個 prototype 屬性十分重要。

　　JavaScript 中的每一個函數對象都有 prototype 屬性。千萬不要混淆這個 prototype 屬性的 __proto__ 屬性。他們用途并不相同，也不是指向同一個對象。

// 傳回 true
Object.getPrototypeOf(Array) != Array.prototype      

　　Array.__proto__ 提供的是 數組原型 – 請把它當作 Array 函數所繼承的對象。

　　而 Array.protoype，提供的的是 所有數組的原型對象。也就是說，它提供的是像 myArray 這樣數組對象的原型對象，也包含了所有數組将會繼承的方法。我們可以寫一些代碼來證明這個事實。

// true
Array.prototype == Object.getPrototypeOf(myArray)
// 也是 true
Array.prototype == Object.getPrototypeOf(yourArray);      

　　我們也可以使用這項新知識重繪之前的示意圖。

圖5

　　基于所知道的知識，請想象建立一個新的對象，并讓新對象表現地像數組的過程。一種方法是使用下面的代碼。

// 建立一個新的空對象
var o = {};
// 繼承自同一個原型，一個數組對象
o.__proto__ = Array.prototype;
// 現在我們可以調用數組的任何方法...
o.push(3);       

　　雖然這段代碼很有趣，也能工作，可問題在于，并不是每一個 JavaScript 環境都支援可寫的 __proto__ 對象屬性。幸運的是，JavaScript 确實有一個建立對象内建的标準機制，隻需要一個操作符，就可以建立新對象，并且設定新對象的 __proto__ 引用 – 那就是“new”操作符。

var o = new Array();
o.push(3);       

　　JavaScript 中的 new 操作符有三個基本任務。首先，它建立新的空對象。接下來，它将設定新對象的 __proto__ 屬性，以比對所調用函數的原型屬性。最後，操作符調用函數，将新對象作為“this”引用傳遞。如果要擴充最後兩行代碼，就會變成如下情況：

var o = {};
o.__proto__ = Array.prototype;
Array.call(o);
o.push(3);       

　　函數的 call 方法允許你在調用函數的情況下在函數内部指定“this”所引用的對象。當然，函數的作者在這種情況下需要實作這樣的函數。一旦作者建立了這樣的函數，就可以将其稱之為構造函數。

　　構造函數

　　構造函數和普通的函數一樣，但是具有以下兩個特殊性質。

1. 通常構造函數的首字母是大寫的（讓識别構造函數變得更容易）。
2. 構造函數通常要和 new 操作符結合，用來構造新對象。

　　Array 就是一個構造函數的例子。Array 函數需要和 new 操作符一起使用，而且 Array 的首字母是大寫的。JavaScript 将 Array 作為内置函數包括在内，而任何人都可以寫出自己的構造函數。事實上，我們最後可以為先前建立的點對象編寫出構造函數。

var Point = function (x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.add = function (otherPoint) {
        this.x += otherPoint.x;
        this.y += otherPoint.y;
    }
}
var p1 = new Point(3, 4);
var p2 = new Point(8, 6);
p1.add(p2);      

　　在上面的代碼中，我們使用了 new 操作符和 Point 函數來構造點對象，這個對象帶有 x 屬性和 y 屬性和一個 add 方法。你可以将最後的結果想象成圖 6 的樣子。

圖 6

　　現在的問題是我們的每個點對象中仍然有單獨的 add 方法。使用我們學到的原型和繼承的知識，我們更希望将點對象的 add 方法從每個點執行個體中轉移到 Point.prototype 中。要達到繼承 add 方法的效果，我們所需要做的，就是修改 Point.prototype 對象。

var Point = function (x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
}
Point.prototype.add = function (otherPoint) {
    this.x += otherPoint.x;
    this.y += otherPoint.y;
}
var p1 = new Point(3, 4);
var p2 = new Point(8, 6);
p1.add(p2);      

　　大功告成！我們剛剛在 JavaScript 中完成原型式的繼承模式！

圖 7

　　總結

　　我希望這篇文章能夠幫助你揭開 JavaScript 原型概念的神秘面紗。開始看到的是原型怎樣讓一個對象從其他對象中繼承功能，然後看到怎樣結合 new 操作符和構造函數來建構對象。這裡所提到的，隻是開啟對象原型力量和靈活性的第一步。本文鼓勵你自己發現學習有關原型和 JavaScript 語言的新資訊。

　　同時，請小心駕駛。你永遠不會知道這些行駛在路上的車輛會從他們的原型繼承到什麼（有缺陷）的技術。