JavaScript 对象:我们真的需要模拟类吗?

阅读数:10343 2019 年 2 月 27 日 12:29

JavaScript对象:我们真的需要模拟类吗?

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:

  • 如果所有对象都有私有字段 [[prototype]],就是对象的原型;
  • 读一个属性,如果对象本身没有,则会继续访问对象的原型,直到原型为空或者找到为止。

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:

  • Object.create 根据指定的原型创建新对象,原型可以是 null;
  • Object.getPrototypeOf 获得一个对象的原型;
  • Object.setPrototypeOf 设置一个对象的原型。

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。

复制代码
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:

复制代码
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:

复制代码
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:

  • 以构造器的 prototype 属性(注意与私有字段 [[prototype]] 的区分)为原型,创建新对象;
  • 将 this 和调用参数传给构造器,执行;
  • 如果构造器返回的是对象,则返回,否则返回第一步创建的对象。

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:

复制代码
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:

复制代码
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:

复制代码
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。

复制代码
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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