JavaScript对象:我们真的需要模拟类吗?(34)

发布于2019-04-20 11:58:51

早期的JavaScript程序员一般都有过使用JavaScript“模拟面向对象编程”的经历,不过,我在「JavaScript对象:我们真的需要模拟类吗?」中提到JavaScript本身就是面向对象的,它并不需要模拟,只是它实现面向对象的方式和主流的流派不太一样,所以才让很多人产生了误会。

那么,接着按照我们理解的思路继续深入,这些“模拟面向对象”,实际上做的事情就是“模拟基于类的面向对象”。

尽管我认为,“类”并非面向对象的全部,但我们不应该责备社区出现这样的方案,事实上,因为一些公司政治原因,JavaScript推出之时,管理层就要求它去模仿Java,所以,JavaScript创始人Brendan Eich在“原型运行时”的基础上引入了new、this等语言特性,使之“看起来更像Java”,而Java正是基于类的面向对象的代表语言之一。

但是JavaScript这样的半吊子模拟,缺少了继承等关键特性,导致大家试图对它进行修补,进而产生了种种互不相容的解决方案。

庆幸的是,从ES6开始,JavaScript提供了class关键字来定义类,尽管,这样的方案仍然是基于原型运行时系统的模拟,但是它修正了之前的一些常见的“坑”,统一了社区的方案,这对语言的发展有着非常大的好处。

实际上,我认为“基于类”并非面向对象的唯一形态,如果我们把视线从“类”移开,Brendan当年选择的原型系统,就是一个非常优秀的抽象对象的形式。

我们从头讲起。

什么是原型?

原型是顺应人类自然思维的产物。中文中有个成语叫做“照猫画虎”,这里的猫看起来就是虎的原型,所以由此,我们可以看出,用原型来描述对象的方法可以说是古已有之。

我在「JavaScript对象:我们真的需要模拟类吗?」讲解面向对象的时候提到了:在不同的编程语言中,设计者也利用各种不同的语言特性来抽象描述对象。

最为成功的流派是使用“类”的方式来描述对象,这诞生了诸如 C++、Java等流行的编程语言。这个流派叫做基于类的编程语言。

还有一种则就是基于原型的编程语言,它们利用原型来描述对象。我们的JavaScript就是其中代表。

“基于类”的编程提倡使用一个关注分类和类之间关系开发模型。在这类语言中,总是先有类,再从类去实例化一个对象。类与类之间又可能会形成继承、组合等关系。类又往往与语言的类型系统整合,形成一定的编译时能力。

与此相对,“基于原型”的编程看起来更为提倡程序员去关注一系列对象实例的行为,而后才去关心如何将这些对象,划分到最近的使用方式相似的原型对象,而不是将它们分成类。基于原型的面向对象系统通过“复制”的方式来创建新对象。一些语言的实现中,还允许复制一个空对象。这实际上就是创建一个全新的对象。

基于原型和基于类都能够满足基本的复用和抽象需求,但是适用的场景不太相同。

这就像专业人士可能喜欢在看到老虎的时候,喜欢用猫科豹属豹亚种来描述它,但是对一些不那么正式的场合,“大猫”可能更为接近直观的感受一些。(插播一个冷知识:比起老虎来,美洲狮在历史上相当长时间都被划分为猫科猫属,所以性格也跟猫更相似,比较亲人)

我们的JavaScript 并非第一个使用原型的语言,在它之前,self、kevo等语言已经开始使用原型来描述对象了,事实上,Brendan更是曾透露过,他最初的构想是一个拥有基于原型的面向对象能力的scheme语言(但是函数式的部分是另外的故事,这篇文章里,我暂时不做详细讲述)。

在JavaScript之前,原型系统就更多与高动态性语言配合,并且多数基于原型的语言提倡运行时的原型修改,我想,这应该是Brendan选择原型系统很重要的理由。

原型系统的复制操作,有两种实现思路,一个是并不真的去复制一个原型对象,而是使得新对象持有一个原型的引用,另一个是切实地复制对象,从此两个对象再无关联。历史上的基于原型语言因此产生了两个流派,显然,JavaScript显然选择了前一种方式。

JavaScript的原型

如果我们抛开JavaScript用于模拟Java类的复杂语法设施(如new、Function Object、函数的prototype属性等),原型系统可以说相当简单,我可以用两条概括:

这个模型在ES的各个历史版本中并没有很大改变,但从 ES6 以来,JavaScript提供了一系列内置函数,以便更为直接地访问操纵原型。三个方法分别为:

利用这三个方法,我们可以完全抛开类的思维,利用原型来实现抽象和复用。我用下面的代码展示了用原型来抽象猫和虎的例子。

var cat = {
    say(){
        console.log("meow~");
    },
    jump(){
        console.log("jump");
    }
}

var tiger = Object.create(cat,  {
    say:{
        writable:true,
        configurable:true,
        enumerable:true,
        value:function(){
            console.log("roar!");
        }
    }
})


var anotherCat = Object.create(cat);

anotherCat.say();

var anotherTiger = Object.create(tiger);

anotherTiger.say();

这段代码创建了一个“猫”对象,又根据猫做了一些修改创建了虎,之后我们完全可以用Object.create来创建另外的猫和虎对象,我们可以通过“原始猫对象”和“原始虎对象”来控制所有猫和虎的行为。

但是,在更早的版本中,程序员只能通过Java类风格的接口来操纵原型运行时,可以说非常别扭。考虑到new和prototype属性等基础设施今天仍然有效,而且被很多代码使用,学习这些知识也有助于我们理解运行时的原型工作原理,下面我们试着回到过去,追溯一下早年的JavaScript中的原型和类。

早期版本中的类与原型

在早期版本的JavaScript中,“类”的定义是一个私有属性 [[class]],语言标准为内置类型诸如Number、String、Date等指定了[[class]]属性,以表示它们的类。语言使用者唯一可以访问[[class]]属性的方式是Object.prototype.toString。

以下代码展示了所有具有内置class属性的对象:

    var o = new Object;
    var n = new Number;
    var s = new String;
    var b = new Boolean;
    var d = new Date;
    var arg = function(){ return arguments }();
    var r = new RegExp;
    var f = new Function;
    var arr = new Array;
    var e = new Error;
    console.log([o, n, s, b, d, arg, r, f, arr, e].map(v => Object.prototype.toString.call(v))); 

因此,在ES3和之前,JS中类的概念是相当弱的,它仅仅是运行时的一个字符串属性。

在ES5开始,[[class]] 私有属性被 Symbol.toStringTag 代替,Object.prototype.toString 的意义从命名上不再跟 class 相关。我们甚至可以自定义 Object.prototype.toString 的行为,以下代码展示了使用Symbol.toStringTag来自定义 Object.prototype.toString 的行为:

    var o = { [Symbol.toStringTag]: "MyObject" }
    console.log(o + "");

这里创建了一个新对象,并且给它唯一的一个属性 Symbol.toStringTag,我们用字符串加法触发了Object.prototype.toString的调用,发现这个属性最终对Object.prototype.toString 的结果产生了影响。

但是,考虑到JS语法中跟Java相似的部分,我们对类的讨论不能用“new运算是针对构造器对象而不是类”来试图回避。所以,我们仍然要把new理解成JavaScript面向对象的一部分,下面我就来讲一下new操作具体做了哪些事情。

new 运算接受一个构造器和一组调用参数,实际上做了几件事:

new 这样的行为,试图让函数对象的语法跟类变得相似,但是,它客观上提供了两种方式,一是在构造器中添加属性,二是在构造器的 prototype 属性上添加属性。

下面代码展示了用构造器模拟类的两种方法:


function c1(){
    this.p1 = 1;
    this.p2 = function(){
        console.log(this.p1);
    }
} 
var o1 = new c1;
o1.p2();



function c2(){
}
c2.prototype.p1 = 1;
c2.prototype.p2 = function(){
    console.log(this.p1);
}

var o2 = new c2;
o2.p2();

第一种方法是直接在构造器中修改this,给this添加属性。

第二种方法是修改构造器的prototype属性指向的对象,它是从这个构造器构造出来的所有对象的原型。

在没有Object.create、Object.setPrototypeOf 的早期版本中,new 运算是唯一一个可以指定[[prototype]]的方法(当时的mozilla提供了私有属性__proto__,但是多数环境并不支持),所以,当时已经有人试图用它来代替后来的 Object.create,我们甚至可以用它来实现一个Object.create的不完整的pollyfill,见以下代码:


Object.create = function(prototype){
    var cls = function(){}
    cls.prototype = prototype;
    return new cls;
}

这段代码创建了一个空函数作为类,并把传入的原型挂在了它的prototype,最后创建了一个它的实例,根据new的行为,这将产生一个以传入的第一个参数为原型的对象。

这个函数无法做到与原生的Object.create一致,一个是不支持第二个参数,另一个是不支持null作为原型,所以放到今天意义已经不大了。

ES6 中的类

好在ES6中加入了新特性class,new跟function搭配的怪异行为终于可以退休了(虽然运行时没有改变),在任何场景,我都推荐使用ES6的语法来定义类,而令function回归原本的函数语义。下面我们就来看一下ES6中的类。

ES6中引入了class关键字,并且在标准中删除了所有[[class]]相关的私有属性描述,类的概念正式从属性升级成语言的基础设施,从此,基于类的编程方式成为了JavaScript的官方编程范式。

我们先看下类的基本写法:


class Rectangle {
  constructor(height, width) {
    this.height = height;
    this.width = width;
  }
  // Getter
  get area() {
    return this.calcArea();
  }
  // Method
  calcArea() {
    return this.height * this.width;
  }
}

在现有的类语法中,getter/setter和method是兼容性最好的。

我们通过get/set关键字来创建getter,通过括号和大括号来创建方法,数据型成员最好写在构造器里面。

类的写法实际上也是由原型运行时来承载的,逻辑上JavaScript认为每个类是有共同原型的一组对象,类中定义的方法和属性则会被写在原型对象之上。

此外,最重要的是,类提供了继承能力。我们来看一下下面的代码。

class Animal { 
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  
  speak() {
    console.log(this.name + ' makes a noise.');
  }
}

class Dog extends Animal {
  constructor(name) {
    super(name); // call the super class constructor and pass in the name parameter
  }

  speak() {
    console.log(this.name + ' barks.');
  }
}

let d = new Dog('Mitzie');
d.speak(); // Mitzie barks.

以上代码创造了Animal类,并且通过entends关键字让Dog继承了它,展示了最终调用子类的speak方法获取了父类的name。

比起早期的原型模拟方式,使用extends关键字自动设置了constructor,并且会自动调用父类的构造函数,这是一种更少坑的设计。

所以当我们使用类的思想来设计代码时,应该尽量使用class来声明类,而不是用旧语法,拿函数来模拟对象。一些激进的观点认为,class关键字和箭头运算符可以完全替代旧的function关键字,它更明确地区分了定义函数和定义类两种意图,我认为这是有一定道理的。

原文地址:JavaScript对象:我们真的需要模拟类吗?

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