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全面理解面向对象的 JavaScript

JavaScript 函数式脚本语言特性以及其看似随意的编写风格,导致长期以来人们对这一门语言的误解,即认为 JavaScript 不是一门面向对象的语言,或者只是部分具备一些面向对象的特征。本文将回归面向对象本意,从对语言感悟的角度阐述为什么 JavaScript 是一门彻底的面向对象的语言,以及如何正确地使用这一特性。

当今 JavaScript 大行其道,各种应用对其依赖日深。web 程序员已逐渐习惯使用各种优秀的 JavaScript 框架快速开发 Web 应用,从而忽略了对原生 JavaScript 的学习和深入理解。所以,经常出现的情况是,很多做了多年 JS 开发的程序员对闭包、函数式编程、原型总是说不清道不明,即使使用了框架,其代码组织也非常糟糕。这都是对原生 JavaScript 语言特性理解不够的表现。要掌握好 JavaScript,首先一点是必须摒弃一些其他高级语言如 Java、C# 等类式面向对象思维的干扰,全面地从函数式语言的角度理解 JavaScript 原型式面向对象的特点。把握好这一点之后,才有可能进一步使用好这门语言。本文适合群体:使用过 JS 框架但对 JS 语言本质缺乏理解的程序员,具有 Java、C++ 等语言开发经验,准备学习并使用 JavaScript 的程序员,以及一直对 JavaScript 是否面向对象模棱两可,但希望知道真相的 JS 爱好者。

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为了说明 JavaScript 是一门彻底的面向对象的语言,首先有必要从面向对象的概念着手 , 探讨一下面向对象中的几个概念:

一切事物皆对象 对象具有封装和继承特性 对象与对象之间使用消息通信,各自存在信息隐藏

以这三点做为依据,C++ 是半面向对象半面向过程语言,因为,虽然他实现了类的封装、继承和多态,但存在非对象性质的全局函数和变量。Java、C# 是完全的面向对象语言,它们通过类的形式组织函数和变量,使之不能脱离对象存在。但这里函数本身是一个过程,只是依附在某个类上。

然而,面向对象仅仅是一个概念或者编程思想而已,它不应该依赖于某个语言存在。比如 Java 采用面向对象思想构造其语言,它实现了类、继承、派生、多态、接口等机制。但是这些机制,只是实现面向对象编程的一种手段,而非必须。换言之,一门语言可以根据其自身特性选择合适的方式来实现面向对象。所以,由于大多数程序员首先学习或者使用的是类似 Java、C++ 等高级编译型语言(Java 虽然是半编译半解释,但一般做为编译型来讲解),因而先入为主地接受了“类”这个面向对象实现方式,从而在学习脚本语言的时候,习惯性地用类式面向对象语言中的概念来判断该语言是否是面向对象语言,或者是否具备面向对象特性。这也是阻碍程序员深入学习并掌握 JavaScript 的重要原因之一。

实际上,JavaScript 语言是通过一种叫做 原型(prototype)的方式来实现面向对象编程的。下面就来讨论 基于类的(class-based)面向对象和 基于原型的 (prototype-based) 面向对象这两种方式在构造客观世界的方式上的差别。

在基于类的面向对象方式中,对象(object)依靠 类(class)来产生。而在基于原型的面向对象方式中,对象(object)则是依靠 构造器(constructor)利用 原型(prototype)构造出来的。举个客观世界的例子来说明二种方式认知的差异。例如工厂造一辆车,一方面,工人必须参照一张工程图纸,设计规定这辆车应该如何制造。这里的工程图纸就好比是语言中的 类 (class),而车就是按照这个 类(class)制造出来的;另一方面,工人和机器 ( 相当于 constructor) 利用各种零部件如发动机,轮胎,方向盘 ( 相当于 prototype 的各个属性 ) 将汽车构造出来。

事实上关于这两种方式谁更为彻底地表达了面向对象的思想,目前尚有争论。但笔者认为原型式面向对象是一种更为彻底的面向对象方式,理由如下:

首先,客观世界中的对象的产生都是其它实物对象构造的结果,而抽象的“图纸”是不能产生“汽车”的,也就是说,类是一个抽象概念而并非实体,而对象的产生是一个实体的产生;

其次,按照一切事物皆对象这个最基本的面向对象的法则来看,类 (class) 本身并不是一个对象,然而原型方式中的构造器 (constructor) 和原型 (prototype) 本身也是其他对象通过原型方式构造出来的对象。

清单 1. 对象的上下文依赖

在接受了面向对象存在一种叫做基于原型实现的方式的事实之后,下面我们就可以来深入探讨 ECMAScript 是如何依据这一方式构造自己的语言的。

清单 2. 字面式 (literal notation) 对象声明

在实际开发过程中,大部分初学者或者对 JS 应用没有太高要求的开发者也基本上只用到 ECMAScript 定义的这一部分内容,就能满足基本的开发需求。然而,这样的代码复用性非常弱,与其他实现了继承、派生、多态等等的类式面向对象的强类型语言比较起来显得有些干瘪,不能满足复杂的 JS 应用开发。所以 ECMAScript 引入原型来解决对象继承问题。

清单 3. 使用构造器 (constructor) 创建对象

由于早期 JavaScript 的发明者为了使这门语言与大名鼎鼎的 Java 拉上关系 ( 虽然现在大家知道二者是雷锋和雷锋塔的关系 ),使用了 new 关键字来限定构造器调用并创建对象,以使其在语法上跟 Java 创建对象的方式看上去类似。但需要指出的是,这两门语言的 new含义毫无关系,因为其对象构造的机理完全不同。也正是因为这里语法上的类似,众多习惯了类式面向对象语言中对象创建方式的程序员,难以透彻理解 JS 对象原型构造的方式,因为他们总是不明白在 JS 语言中,为什么“函数名可以作为类名”的现象。而实质上,JS 这里仅仅是借用了关键字 new,仅此而已;换句话说,ECMAScript 完全可以用其它 非new 表达式来用调用构造器创建对象。

清单 4. 对象的 __proto__ 属性和隐式引用

图 1. 原型链中的属性隐藏机制

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清单 5. 利用原型链 Horse-&gt;Mammal-&gt;Animal 实现继承

从代码清单 5 可以看出,基于原型的继承方式,虽然实现了代码复用,但其行文松散且不够流畅,可阅读性差,不利于实现扩展和对源代码进行有效地组织管理。不得不承认,类式继承方式在语言实现上更具健壮性,且在构建可复用代码和组织架构程序方面具有明显的优势。这使得程序员们希望寻找到一种能够在 JavaScript 中以类式继承风格进行编码的方法途径。从抽象的角度来讲,既然类式继承和原型继承都是为实现面向对象而设计的,并且他们各自实现的载体语言在计算能力上是等价的 ( 因为图灵机的计算能力与 Lambda 演算的计算能力是等价的 ),那么能不能找到一种变换,使得原型式继承语言通过该变换实现具有类式继承编码的风格呢?

清单 6. 使用 Simple Inheritance 实现类式继承

图 2.Simple Inheritance 源码解析

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清单 7. 使用闭包实现信息隐藏

JavaScript 被认为是世界上最受误解的编程语言,因为它身披 c 语言家族的外衣,表现的却是 LISP 风格的函数式语言特性;没有类,却实也彻底实现了面向对象。要对这门语言有透彻的理解,就必须扒开其 c 语言的外衣,从新回到函数式编程的角度,同时摒弃原有类的面向对象概念去学习领悟它。随着近些年来 Web 应用的普及和 JS 语言自身的长足发展,特别是后台 JS 引擎的出现 ( 如基于 V8 的 NodeJS 等 ),可以预见,原来只是作为玩具编写页面效果的 JS 将获得更广阔发展天地。这样的发展趋势,也对 JS 程序员提出了更高要求。只有彻底领悟了这门语言,才有可能在大型的 JS 项目中发挥她的威力。