全面理解面向?qū)ο蟮?JavaScript(來自ibm)
當今 JavaScript 大行其道，各種應用對其依賴日深。web 程序員已逐漸習慣使用各種優(yōu)秀的 JavaScript 框架快速開發(fā) Web 應用，從而忽略了對原生 JavaScript 的學習和深入理解。所以，經(jīng)常出現(xiàn)的情況是，很多做了多年 JS 開發(fā)的程序員對閉包、函數(shù)式編程、原型總是說不清道不明，即使使用了框架，其代碼組織也非常糟糕。這都是對原生 JavaScript 語言特性理解不夠的表現(xiàn)。要掌握好 JavaScript，首先一點是必須摒棄一些其他高級語言如 Java、C# 等類式面向?qū)ο笏季S的干擾，全面地從函數(shù)式語言的角度理解 JavaScript 原型式面向?qū)ο蟮奶攸c。把握好這一點之后，才有可能進一步使用好這門語言。本文適合群體：使用過 JS 框架但對 JS 語言本質(zhì)缺乏理解的程序員，具有 Java、C++ 等語言開發(fā)經(jīng)驗，準備學習并使用 JavaScript 的程序員，以及一直對 JavaScript 是否面向?qū)ο竽＠鈨煽?，但希望知道JS愛好者。
重新認識面向?qū)ο?/strong>
為了說明 JavaScript 是一門徹底的面向?qū)ο蟮恼Z言，首先有必要從面向?qū)ο蟮母拍钪?, 探討一下面向?qū)ο笾械膸讉€概念：
一切事物皆對象
對象具有封裝和繼承特性
對象與對象之間使用消息通信，各自存在信息隱藏
以這三點做為依據(jù)，C++ 是半面向?qū)ο蟀朊嫦蜻^程語言，因為，雖然他實現(xiàn)了類的封裝、繼承和多態(tài)，但存在非對象性質(zhì)的全局函數(shù)和變量。Java、C# 是完全的面向?qū)ο笳Z言，它們通過類的形式組織函數(shù)和變量，使之不能脫離對象存在。但這里函數(shù)本身是一個過程，只是依附在某個類上。
然而，面向?qū)ο髢H僅是一個概念或者編程思想而已，它不應該依賴于某個語言存在。比如 Java 采用面向?qū)ο笏枷霕嬙炱湔Z言，它實現(xiàn)了類、繼承、派生、多態(tài)、接口等機制。但是這些機制，只是實現(xiàn)面向?qū)ο缶幊痰囊环N手段，而非必須。換言之，一門語言可以根據(jù)其自身特性選擇合適的方式來實現(xiàn)面向?qū)ο?。所以，由于大多?shù)程序員首先學習或者使用的是類似 Java、C++ 等高級編譯型語言（Java 雖然是半編譯半解釋，但一般做為編譯型來講解），因而先入為主地接受了“類”這個面向?qū)ο髮崿F(xiàn)方式，從而在學習腳本語言的時候，習慣性地用類式面向?qū)ο笳Z言中的概念來判斷該語言是否是面向?qū)ο笳Z言，或者是否具備面向?qū)ο筇匦?。這也是阻礙程序員深入學習并掌握 JavaScript 的重要原因之一。
實際上，JavaScript 語言是通過一種叫做 原型（prototype）的方式來實現(xiàn)面向?qū)ο缶幊痰?。下面就來討?基于類的（class-based）面向?qū)ο蠛?基于原型的 (prototype-based) 面向?qū)ο筮@兩種方式在構造客觀世界的方式上的差別。
基于類的面向?qū)ο蠛突谠偷拿嫦驅(qū)ο蠓绞奖容^
事實上關于這兩種方式誰更為徹底地表達了面向?qū)ο蟮乃枷?，目前尚有爭論。但筆者認為原型式面向?qū)ο笫且环N更為徹底的面向?qū)ο蠓绞剑碛扇缦拢?/p>
首先，客觀世界中的對象的產(chǎn)生都是其它實物對象構造的結(jié)果，而抽象的“圖紙”是不能產(chǎn)生“汽車”的，也就是說，類是一個抽象概念而并非實體，而對象的產(chǎn)生是一個實體的產(chǎn)生；
其次，按照一切事物皆對象這個最基本的面向?qū)ο蟮姆▌t來看，類 (class) 本身并不是一個對象，然而原型方式中的構造器 (constructor) 和原型 (prototype) 本身也是其他對象通過原型方式構造出來的對象。
再次，在類式面向?qū)ο笳Z言中，對象的狀態(tài) (state) 由對象實例 (instance) 所持有，對象的行為方法 (method) 則由聲明該對象的類所持有，并且只有對象的結(jié)構和方法能夠被繼承；而在原型式面向?qū)ο笳Z言中，對象的行為、狀態(tài)都屬于對象本身，并且能夠一起被繼承，這也更貼近客觀實際。
最后，類式面向?qū)ο笳Z言比如 Java，為了彌補無法使用面向過程語言中全局函數(shù)和變量的不便，允許在類中聲明靜態(tài) (static) 屬性和靜態(tài)方法。而實際上，客觀世界不存在所謂靜態(tài)概念，因為一切事物皆對象！而在原型式面向?qū)ο笳Z言中，除內(nèi)建對象 (build-in object) 外，不允許全局對象、方法或者屬性的存在，也沒有靜態(tài)概念。所有語言元素 (primitive) 必須依賴對象存在。但由于函數(shù)式語言的特點，語言元素所依賴的對象是隨著運行時 (runtime) 上下文 (context) 變化而變化的，具體體現(xiàn)在 this 指針的變化。正是這種特點更貼近 “萬物皆有所屬，宇宙乃萬物生存之根本”的自然觀點。在window便類似與宇宙的概念。
清單 1. 對象的上下文依賴
obj.fun = fun;
console.log( this === window ); // 打印 true
console.log( window.str === str ); // 打印 true
console.log( window.obj === obj ); // 打印 true
console.log( window.fun === fun ); // 打印 true
fun(); // 打印 我是一個 Function 對象！誰調(diào)用我，我屬于誰：window
obj.fun(); // 打印 我是一個 Function 對象！誰調(diào)用我，我屬于誰：obj
fun.apply(str); // 打印 我是一個 Function 對象！誰調(diào)用我，我屬于誰：str
</script>
[/code]
在接受了面向?qū)ο蟠嬖谝环N叫做基于原型實現(xiàn)的方式的事實之后，下面我們就可以來深入探討 ECMAScript 是如何依據(jù)這一方式構造自己的語言的。
最基本的面向?qū)ο?/strong>
ECMAScript 是一門徹底的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言（參考資源），JavaScript 是其中的一個變種 (variant)。它提供了 6 種基本數(shù)據(jù)類型，即 Boolean、Number、String、Null、Undefined、Object。為了實現(xiàn)面向?qū)ο?，ECMAScript設計出了一種非常成功的數(shù)據(jù)結(jié)構 - JSON(JavaScript Object Notation), 這一經(jīng)典結(jié)構已經(jīng)可以脫離語言而成為一種廣泛應用的數(shù)據(jù)交互格式 （參考資源）。
應該說，具有基本數(shù)據(jù)類型和 JSON 構造語法的 ECMAScript 已經(jīng)基本可以實現(xiàn)面向?qū)ο蟮木幊塘?。開發(fā)者可以隨意地用 字面式聲明（literal notation）方式來構造一個對象，并對其不存在的屬性直接賦值，或者用 delete 將屬性刪除 ( 注：JS 中的 delete 關鍵字用于刪除對象屬性，經(jīng)常被誤作為 C++ 中的 delete，而后者是用于釋放不再使用的對象 )，如 程序清單 2。
清單 2. 字面式 (literal notation) 對象聲明
var person = {
name: “張三”,
age: 26,
gender: “男”,
eat: function( stuff ) {
alert( “我在吃” + stuff );
}
};
person.height = 176;
delete person[ “age” ];
在實際開發(fā)過程中，大部分初學者或者對 JS 應用沒有太高要求的開發(fā)者也基本上只用到 ECMAScript 定義的這一部分內(nèi)容，就能滿足基本的開發(fā)需求。然而，這樣的代碼復用性非常弱，與其他實現(xiàn)了繼承、派生、多態(tài)等等的類式面向?qū)ο蟮膹婎愋驼Z言比較起來顯得有些干癟，不能滿足復雜的 JS 應用開發(fā)。所以 ECMAScript 引入原型來解決對象繼承問題。
除了 字面式聲明（literal notation）方式之外，ECMAScript 允許通過 構造器（constructor）創(chuàng)建對象。每個構造器實際上是一個 函數(shù)（function） 對象, 該函數(shù)對象含有一個“prototype”屬性用于實現(xiàn) 基于原型的繼承（prototype-based inheritance）和 共享屬性（shared properties）。對象可以由“new 關鍵字 + 構造器調(diào)用”的方式來創(chuàng)建，如 程序清單 3：
清單 3. 使用構造器 (constructor) 創(chuàng)建對象
// 構造器 Person 本身是一個函數(shù)對象
function Person() {
// 此處可做一些初始化工作
}
// 它有一個名叫 prototype 的屬性
Person.prototype = {
name: “張三”,
age: 26,
gender: “男”,
eat: function( stuff ) {
alert( “我在吃” + stuff );
}
}
// 使用 new 關鍵字構造對象
var p = new Person();
由于早期 JavaScript 的發(fā)明者為了使這門語言與大名鼎鼎的 Java 拉上關系 ( 雖然現(xiàn)在大家知道二者是雷鋒和雷鋒塔的關系 )，使用了new 關鍵字來限定構造器調(diào)用并創(chuàng)建對象，以使其在語法上跟 Java 創(chuàng)建對象的方式看上去類似。但需要指出的是，這兩門語言的new含義毫無關系，因為其對象構造的機理完全不同。也正是因為這里語法上的類似，眾多習慣了類式面向?qū)ο笳Z言中對象創(chuàng)建方式的程序員，難以透徹理解 JS 對象原型構造的方式，因為他們總是不明白在 JS 語言中，為什么“函數(shù)名可以作為類名”的現(xiàn)象。而實質(zhì)上，JS 這里僅僅是借用了關鍵字 new，僅此而已；換句話說，ECMAScript 完全可以用其它 非 new 表達式來用調(diào)用構造器創(chuàng)建對象。
在 ECMAScript 中，每個由構造器創(chuàng)建的對象擁有一個指向構造器 prototype 屬性值的 隱式引用（implicit reference），這個引用稱之為 原型（prototype）。進一步，每個原型可以擁有指向自己原型的 隱式引用（即該原型的原型），如此下去，這就是所謂的原型鏈（prototype chain） （參考資源）。在具體的語言實現(xiàn)中，每個對象都有一個 __proto__ 屬性來實現(xiàn)對原型的 隱式引用。程序清單 4說明了這一點。
清單 4. 對象的 __proto__ 屬性和隱式引用
function Person( name ) {
this.name = name;
}
var p = new Person();
// 對象的隱式引用指向了構造器的 prototype 屬性，所以此處打印 true
console.log( p.__proto__ === Person.prototype );
// 原型本身是一個 Object 對象，所以他的隱式引用指向了
// Object 構造器的 prototype 屬性 , 故而打印 true
console.log( Person.prototype.__proto__ === Object.prototype );
// 構造器 Person 本身是一個函數(shù)對象，所以此處打印 true
console.log( Person.__proto__ === Function.prototype );
有了 原型鏈，便可以定義一種所謂的 屬性隱藏機制，并通過這種機制實現(xiàn)繼承。ECMAScript 規(guī)定，當要給某個對象的屬性賦值時，解釋器會查找該對象原型鏈中第一個含有該屬性的對象（注：原型本身就是一個對象，那么原型鏈即為一組對象的鏈。對象的原型鏈中的第一個對象是該對象本身）進行賦值。反之，如果要獲取某個對象屬性的值，解釋器自然是返回該對象原型鏈中首先具有該屬性的對象屬性值。圖 1說名了這中隱藏機制：
在圖 1 中，object1->prototype1->prototype2 構成了 對象 object1 的原型鏈，根據(jù)上述屬性隱藏機制，可以清楚地看到 prototype1 對象中的 property4 屬性和 prototype2 對象中的 property3 屬性皆被隱藏。理解了原型鏈，那么將非常容易理解 JS 中基于原型的繼承實現(xiàn)原理，程序清單 5 是利用原型鏈實現(xiàn)繼承的簡單例子。
清單 5. 利用原型鏈 Horse->Mammal->Animal 實現(xiàn)繼承
// 聲明 Animal 對象構造器
function Animal() {
}
// 將 Animal 的 prototype 屬性指向一個對象，
// 亦可直接理解為指定 Animal 對象的原型
Animal.prototype = {
name: animal",
weight: 0,
eat: function() {
alert( "Animal is eating!" );
}
}
// 聲明 Mammal 對象構造器
function Mammal() {
this.name = "mammal";
}
// 指定 Mammal 對象的原型為一個 Animal 對象。
// 實際上此處便是在創(chuàng)建 Mammal 對象和 Animal 對象之間的原型鏈
Mammal.prototype = new Animal();
// 聲明 Horse 對象構造器
function Horse( height, weight ) {
this.name = "horse";
this.height = height;
this.weight = weight;
}
// 將 Horse 對象的原型指定為一個 Mamal 對象，繼續(xù)構建 Horse 與 Mammal 之間的原型鏈
Horse.prototype = new Mammal();
// 重新指定 eat 方法 , 此方法將覆蓋從 Animal 原型繼承過來的 eat 方法
Horse.prototype.eat = function() {
alert( "Horse is eating grass!" );
}
// 驗證并理解原型鏈
var horse = new Horse( 100, 300 );
console.log( horse.__proto__ === Horse.prototype );
console.log( Horse.prototype.__proto__ === Mammal.prototype );
console.log( Mammal.prototype.__proto__ === Animal.prototype );
理解清單 5 中對象原型繼承邏輯實現(xiàn)的關鍵在于 Horse.prototype = new Mammal() 和 Mammal.prototype = new Animal() 這兩句代碼。首先，等式右邊的結(jié)果是構造出一個臨時對象，然后將這個對象賦值給等式左邊對象的 prototype 屬性。也就是說將右邊新建的對象作為左邊對象的原型。讀者可以將這兩個等式替換到相應的程序清單 5 代碼最后兩行的等式中自行領悟。
從代碼清單 5 可以看出，基于原型的繼承方式，雖然實現(xiàn)了代碼復用，但其行文松散且不夠流暢，可閱讀性差，不利于實現(xiàn)擴展和對源代碼進行有效地組織管理。不得不承認，類式繼承方式在語言實現(xiàn)上更具健壯性，且在構建可復用代碼和組織架構程序方面具有明顯的優(yōu)勢。這使得程序員們希望尋找到一種能夠在 JavaScript 中以類式繼承風格進行編碼的方法途徑。從抽象的角度來講，既然類式繼承和原型繼承都是為實現(xiàn)面向?qū)ο蠖O計的，并且他們各自實現(xiàn)的載體語言在計算能力上是等價的 ( 因為圖靈機的計算能力與 Lambda 演算的計算能力是等價的 )，那么能不能找到一種變換，使得原型式繼承語言通過該變換實現(xiàn)具有類式繼承編碼的風格呢？
目前一些主流的 JS 框架都提供了這種轉(zhuǎn)換機制，也即類式聲明方法，比如 Dojo.declare()、Ext.entend() 等等。用戶使用這些框架，可以輕易而友好地組織自己的 JS 代碼。其實，在眾多框架出現(xiàn)之前，JavaScript 大師 Douglas Crockford 最早利用三個函數(shù)對 Function 對象進行擴展，實現(xiàn)了這種變換，關于它的實現(xiàn)細節(jié)可以（參考資源）。此外還有由 Dean Edwards實現(xiàn)的著名的 Base.js（參考資源）。值得一提的是，jQuery 之父 John Resig 在搏眾家之長之后，用不到 30 行代碼便實現(xiàn)了自己的 Simple Inheritance。使用其提供的 extend 方法聲明類非常簡單。程序清單 6是使用了 Simple Inheritance庫實現(xiàn)類的聲明的例子。其中最后一句打印輸出語句是對 Simple Inheritance實現(xiàn)類式繼承的最好說明。
清單 6. 使用 Simple Inheritance 實現(xiàn)類式繼承
// 聲明 Person 類
var Person = Class.extend( {
_issleeping: true,
init: function( name ) {
this._name = name;
},
isSleeping: function() {
return this._issleeping;
}
} );
// 聲明 Programmer 類，并繼承 Person
var Programmer = Person.extend( {
init: function( name, issleeping ) {
// 調(diào)用父類構造函數(shù)
this._super( name );
// 設置自己的狀態(tài)
this._issleeping = issleeping;
}
} );
var person = new Person( "張三" );
var diors = new Programmer( "張江男", false );
// 打印 true
console.log( person.isSleeping() );
// 打印 false
console.log( diors.isSleeping() );
// 此處全為 true，故打印 true
console.log( person instanceof Person && person instanceof Class
&& diors instanceof Programmer &&
diors instanceof Person && diors instanceof Class );
如果您已對原型、函數(shù)構造器、閉包和基于上下文的 this 有了充分的理解，那么理解 Simple Inheritance 的實現(xiàn)原理也并非相當困難。從本質(zhì)上講，var Person = Class.extend(...)該語句中，左邊的 Person 實際上是獲得了由 Class 調(diào)用 extend 方法返回的一個構造器，也即一個 function 對象的引用。順著這個思路，我們繼續(xù)介紹 Simple Inheritance 是如何做到這一點，進而實現(xiàn)了由原型繼承方式到類式繼承方式的轉(zhuǎn)換的。圖 2 是 Simple Inheritance 的源碼及其附帶注釋。為了方便理解，用中文對代碼逐行補充說明。
圖 2.Simple Inheritance 源碼解析
拋開代碼第二部分，整體連貫地考察第一和第三部分會發(fā)現(xiàn)，extend 函數(shù)的根本目的就是要構造一個具有新原型屬性的新構造器。我們不禁感嘆 John Resig的大師手筆及其對 JS 語言本質(zhì)把握的細膩程度。至于 John Resig是如何想到這樣精妙的實現(xiàn)方法，感興趣的讀者可以閱讀本文 （參考資源），其中有詳細介紹關于最初設計 Simple Inheritance 的思維過程。
到此為止，如果您任然對 JavaScript 面向?qū)ο蟪謶岩蓱B(tài)度，那么這個懷疑一定是，JavaScript 沒有實現(xiàn)面向?qū)ο笾械男畔㈦[藏，即私有和公有。與其他類式面向?qū)ο竽菢语@式地聲明私有公有成員的方式不同，JavaScript 的信息隱藏就是靠閉包實現(xiàn)的。見 程序清單 7:
清單 7. 使用閉包實現(xiàn)信息隱藏
// 聲明 User 構造器
function User( pwd ) {
// 定義私有屬性
var password = pwd;
// 定義私有方法
function getPassword() {
// 返回了閉包中的 password
return password;
}
// 特權函數(shù)聲明，用于該對象其他公有方法能通過該特權方法訪問到私有成員
this.passwordService = function() {
return getPassword();
}
}
// 公有成員聲明
User.prototype.checkPassword = function( pwd ) {
return this.passwordService() === pwd;
};
// 驗證隱藏性
var u = new User( "123456" );
// 打印 true
console.log( u.checkPassword( "123456" ) );
// 打印 undefined
console.log( u.password );
// 打印 true
console.log( typeof u.gePassword === "undefined" );
JavaScript 必須依賴閉包實現(xiàn)信息隱藏，是由其函數(shù)式語言特性所決定的。本文不會對函數(shù)式語言和閉包這兩個話題展開討論，正如上文默認您理解 JavaScript 中基于上下文的 this 一樣。關于 JavaScript 中實現(xiàn)信息隱藏，Douglas Crockford在《 Private members in JavaScript 》（參考資源）一文中有更權威和詳細的介紹。
JavaScript 被認為是世界上最受誤解的編程語言，因為它身披 c 語言家族的外衣，表現(xiàn)的卻是 LISP 風格的函數(shù)式語言特性；沒有類，卻實也徹底實現(xiàn)了面向?qū)ο?。要對這門語言有透徹的理解，就必須扒開其 c 語言的外衣，從新回到函數(shù)式編程的角度，同時摒棄原有類的面向?qū)ο蟾拍钊W習領悟它。隨著近些年來 Web 應用的普及和 JS 語言自身的長足發(fā)展，特別是后臺 JS 引擎的出現(xiàn) ( 如基于 V8 的 NodeJS 等 )，可以預見，原來只是作為玩具編寫頁面效果的 JS 將獲得更廣闊發(fā)展天地。這樣的發(fā)展趨勢，也對 JS 程序員提出了更高要求。只有徹底領悟了這門語言，才有可能在大型的 JS 項目中發(fā)揮她的威力。
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