前端进击的巨人（七）：走进面向对象，原型与原型链，继承方式

“面向对象” 是以 “对象” 为中心的编程思想，它的思维方式是构造。

“面向对象” 编程的三大特点：“封装、继承、多态”：

1. 封装：属性方法的抽象
2. 继承：一个类继承（复制）另一个类的属性/方法
3. 多态：方法（接口）重写

“面向对象” 编程的核心，离不开 “类” 的概念。简单地理解下 “类”，它是一种抽象方法。通过 “类” 的方式，可以创建出多个具有相同属性和方法的对象。

但是！但是！但是JavaScript中并没有 “类” 的概念，对的，没有。

ES6 新增的 class 语法，只是一种模拟 “类” 的语法糖，底层机制依旧不能算是标准 “类” 的实现方式。

在理解JavaScript中如何实现 “面向对象” 编程之前，有必要对JavaScript中的对象先作进一步地了解。

什么是对象

对象是“无序属性”的集合，表现为“键/值对”的形式。属性值可包含任何类型值（基本类型、引用类型：对象/函数/数组）。

有些文章指出“JS中一切都是对象”，略有偏颇，修正为：“JS中一切引用类型都是对象”更为稳妥些。

函数 / 数组都属于对象，数组就是对象的一种子类型，不过函数稍微复杂点，它跟对象的关系，有点”鸡生蛋，蛋生鸡”的关系，可先记住：“对象由函数创建”。

简单对象的创建

1. 字面量声明（常用）
2. new 操作符调用 Object 函数

   // 字面量
   let person = {
     name: '以乐之名'
   };
   
   // new Object()
   let person = new Object();
   person.name = '以乐之名';

以上两种创建对象的方式，并不具备创建多个具有相同属性的对象。

TIPS：new 操作符会对所有函数进行劫持，将函数变成构造函数（对函数的构造调用）。

对象属性的访问方式

1. . 操作符访问 (也称 “键访问”）
2. [] 操作符访问（也称 “属性访问”）

. 操作符 VS [] 操作符：

1. . 访问属性时，属性名需遵循标识符规范，兼容性比 [] 略差；
2. [] 接受任意UTF-8/Unicode字符串作为属性名；
3. [] 支持动态属性名（变量）；
4. [] 支持表达式计算（字符串连接 / ES6的Symbol）

TIPS: 标识符命名规范 —— 数字/英文字母/下划线组成，开头不能是数字。

// 任意UTF-8/Unicode字符串作为属性名
person['$my-name'];

// 动态属性名（变量）
let attrName = 'name';
person[attrName];  

// 表达式计算
let attrPrefix = 'my_';
person[attrPrefix + 'name'];  // person['my_name']
person[Symbol.name];          // Symbol在属性名的应用

属性描述符

ES5新增 “属性描述符”，可针对对象属性的特性进行配置。

属性特性的类型

1. 数据属性

1. Configurable 可配置（可删除）？[true|false]
2. Enumerable 可枚举 [true|false]
3. Writable 可写？ [true|false]
4. Value 值？默认undefined

   2. 访问器属性

5. Get [[Getter]] 读取方法
6. Set [[Setter]] 设置方法

访问器属性优先级高于数据属性

1. 访问器属性会优于 writeable/value
   • 获取属性值时，如果对象属性存在 get()，会忽略其 value 值，直接调用 get()；
   • 设置属性值时，如果对象属性存在 set()，会忽略 writable 的设置，直接调用 set();
2. 访问器属性日常应用：
   • 属性值联动修改（一个属性值修改，会触发另外属性值修改）；
   • 属性值保护（只能通过 set() 制定逻辑修改属性值）

定义属性特性

1. Object.defineProperty() 定义单个属性
2. Object.defineProperties() 定义多个属性

   let Person = {};
   Object.defineProperty(Person, 'name', {
     writable: true,
     enumerable: true,
     configurable: true,
     value: '以乐之名'
   });
   Person.name;   // 以乐之名

TIPS：使用 Object.defineProperty/defineProperties 定义属性时，属性特性 configurable/enumerable/writable 值默认为 false，value 默认为 undefined。其它方式创建对象属性时，前三者值都为 true。

可使用Object.getOwnPropertyDescriptor() 来获取对象属性的特性描述。

原型

JavaScript中模拟 “面向对象” 中 “类” 的实现方式，是利用了JavaScript中函数的一个特性（属性）——prototype（本身是一个对象）。

每个函数默认都有一个 prototype 属性，它就是我们所说的 “原型”，或称 “原型对象”。每个实例化创建的对象都有一个 __proto__ 属性（隐式原型），它指向创建它的构造函数的 prototype 属性。

new + 函数（实现”原型关联”）

let Person = function(name, age) {
  this.name = name;
  this.age = age;
};
Person.prototype.say = function() {};

let father = new Person('David', 48);
let mother = new Person('Kelly', 46);

new操作符的执行过程，会对实例对象进行 “原型关联”，或称 “原型链接”。

new的执行过程

1. 创建（构造）一个全新的空对象
2. “这个新对象会被执行”原型”链接（新对象的__proto__会指向函数的prototype)”
3. 构造函数的this会指向这个新对象，并对this属性进行赋值
4. 如果函数没有返回其他对象，则返回这个新对象（注意构造函数的return，一般不会有return)

原型链

“对象由函数创建”，既然 prototype 也是对象，那么它的 __proto__ 原型链上应该还有属性。Person.prototype.__proto__ 指向 Function.prototype，而Function.prototype.__proto__ 最终指向 Object.prototype。

TIPS：Object.prototype.__proto__ 指向 null（特例）。

日常调用对象的 toString()/valueOf() 方法，虽然没有去定义它们，但却能正常使用。实际上这些方法来自 Object.prototype，所有普通对象的原型链最终都会指向 Object.prototype，而对象通过原型链关联（继承）的方式，使得实例对象可以调用 Object.prototype 上的属性 / 方法。

访问一个对象的属性时，会先在其基础属性上查找，找到则返回值；如果没有，会沿着其原型链上进行查找，整条原型链查找不到则返回 undefined。这就是原型链查找。

基础属性与原型属性

hasOwnProperty()

判断对象基础属性中是否有该属性，基础属性返回 true。

涉及 in 操作都是所有属性（基础 + 原型）

1. for...in... 遍历对象所有可枚举属性
2. in 判断对象是否拥有该属性

Object.keys(…)与Object.getOwnPropertyNames(…)

1. Object.keys(...) 返回所有可枚举属性
2. Object.getOwnPropertyNames(...) 返回所有属性

屏蔽属性

修改对象属性时，如果属性名与原型链上属性重名，则在实例对象上创建新的属性，屏蔽对象对原型属性的使用（发生屏蔽属性）。屏蔽属性的前提是，对象基础属性名与原型链上属性名存在重名。

创建对象属性时，属性特性对屏蔽属性的影响

1. 对象原型链上有同名属性，且可写，在对象上创建新属性（屏蔽原型属性）；
2. 对象原型链上有同名属性，且只读，忽略；
3. 对象原型链上有同名属性，存在访问器属性 set()，调用 set()

批量创建对象的方式

创建多个具有相同属性的对象

1. 工厂模式

function createPersonFactory(name, age) {
  var obj = new Object();
  obj.name = name;
  obj.age = age;
  obj.say = function() {
    console.log(`My name is ${this.name}, i am ${this.age}`);
  }
}

var father = createPersonFactory('David', 48);
var mother = createPersonFactory('Kelly', 46);
father.say();  // 'My name is David, i am 48'
mother.say();  // 'My name is Kelly, i am 46'

缺点：

1. 无法解决对象识别问题
2. 属性值为函数时无法共用，不同实例对象的 say 方法没有共用内存空间

obj.say = function(){...} 实例化一个对象时都会开辟新的内存空间，去存储function(){...}，造成不必要的内存开销。

father.say == mother.say;  // false

2. 构造函数（new)

function Person(name, age) {
  this.name = name;
  this.age = age;
  this.say = function() {
    console.log(`My name is ${this.name}, i am ${this.age}`);
  }
}

let father = new Person('David', 48);

缺点：属性值为引用类型（say方法）时无法共用，不同实例对象的 say 方法没有共用内存空间（与工厂模式一样）。

3. 原型模式

function Person() {}
Person.prototype.name = 'David';
Person.prototype.age = 48;
Person.prototype.say = function() {
  console.log(`My name is ${this.name}, i am ${this.age}`);
};

let father = new Person();

优点：解决公共方法内存占用问题（所有实例属性的 say 方法共用内存）
缺点：属性值为引用类型时，因内存共用，一个对象修改属性会造成其它对象使用属性发生改变。

Person.prototype.like = ['sing', 'dance'];
let father = new Person();
let mother = new Person();
father.like.push('travel');

// 引用类型共用内存，一个对象修改属性，会影响其它对象
father.like;  // ['sing', 'dance', 'travel']
mother.like;  // ['sing', 'dance', 'travel']

4. 构造函数 + 原型（经典组合）

function Person(name, age) {
  this.name = name;
  this.age = age;
}
Person.prototype.say = function() {
  console.log(`My name is ${this.name}, i am ${this.age}`);
}

原理：结合构造函数和原型的优点，“构造函数初始化属性，原型定义公共方法”。

5. 动态原型

构造函数 + 原型的组合方式，区别于其它 “面向对象” 语言的声明方式。属性方法的定义并没有统一在构造函数中。因此动态原型创建对象的方式，则是在 “构造函数 + 原型组合” 基础上，优化了定义方式（区域）。

function Person(name, age) {
  this.name = name;
  this.age = age;
 
  // 判断原型是否有方法，没有则添加；
  // 原型上的属性在构造函数内定义，仅执行一次 
  if (!Person.prototype.say) {
    Person.prototype.say = function() {
      console.log(`My name is ${this.name}, i am ${this.age}`);
    }
  }
}

优点：属性方法统一在构造函数中定义。

除了以上介绍的几种对象创建方式，此外还有”寄生构造函数模式”、”稳妥构造函数模式”。日常开发较少使用，感兴趣的伙伴们可自行了解。

“类” 的继承

传统的面向对象语言中，”类” 继承的原理是 “类” 的复制。但JavaScript模拟 “类” 继承则是通过 “原型关联” 来实现，并不是 “类” 的复制。正如《你不知道的JavaScript》中提出的观点，这种模拟 “类” 继承的方式，更像是 “委托”，而不是 “继承”。

以下列举JavaScript中常用的继承方式，预先定义两个类：

1. “Person” 父类（超类）
2. “Student” 子类（用来继承父类）

// 父类统一定义
function Person(name, age) {
  // 构造函数定义初始化属性
  this.name = name;
  this.age = age;
}
// 原型定义公共方法
Person.prototype.eat = function() {};
Person.prototype.sleep = function() {};

原型继承

// 原型继承
function Student(name, age, grade) {
  this.grade = grade;
};
Student.prototype = new Person();  // Student原型指向Person实例对象
Student.prototype.constructor = Student;  // 原型对象修改，需要修复constructor属性
let pupil = new Student(name, age, grade);

原理：

子类的原型对象为父类的实例对象，因此子类原型对象中拥有父类的所有属性

缺点：

1. 无法向父类构造函数传参，初始化属性值
2. 属性值是引用类型时，存在内存共用的情况
3. 无法实现多继承（只能为子类指定一个原型对象）

构造函数继承

// 构造函数继承
function Student(name, age, grade) {
  Person.call(this, name, age);
  this.grade = grade;
}

原理：

调用父类构造函数，传入子类的上下文对象，实现子类参数初始化赋值。仅实现部分继承，无法继承父类原型上的属性。可 call 多个父类构造函数，实现多继承。

缺点：

属性值为引用类型时，需开辟多个内存空间，多个实例对象无法共享公共方法的存储，造成不必要的内存占用。

原型 + 构造函数继承（经典）

// 原型 + 构造函数继承
function Student(name, age, grade) {
  Person.call(this, name, age);  // 第一次调用父类构造函数
  this.grade = grade;
}
Student.prototype = new Person();  // 第二次调用父类构造函数
Student.prototype.constructor = Student;  // 修复constructor属性

原理：

结合原型继承 + 构造函数继承两者的优点，“构造函数继承并初始化属性，原型继承公共方法”。

缺点：

父类构造函数被调用了两次。

待优化：父类构造函数第一次调用时，已经完成父类构造函数中 “属性的继承和初始化”，第二次调用时只需要 “继承父类原型属性” 即可，无须再执行父类构造函数。

寄生组合式继承（理想）

// 寄生组合式继承
function Student(name, age, grade) {
  Person.call(this, name, age);
  this.grade = grade;
}
Student.prototype = Object.create(Person.prototype);  
// Object.create() 会创建一个新对象，该对象的__proto__指向Person.prototype
Student.prototype.constructor = Student;

let pupil = new  Student('小明', 10, '二年级');

原理：

创建一个新对象，将该对象原型关联至父类的原型对象，子类 Student 已使用 call 来调用父类构造函数完成初始化，所以只需再继承父类原型属性即可，避免了经典组合继承调用两次父类构造函数。（较完美的继承方案）

ES6的class语法

class Person {
  constructor(name, age) {
    this.name = name;
    this.grade = grade;
  }
  
  eat () {  //...  }
  sleep () {  //...  }
}

class Student extends Person {
  constructor (name, age, grade) {
    super(name, age);
    this.grade = grade;
  }

  play () {  //...  }
}

优点：ES6提供的 class 语法使得类继承代码语法更加简洁。

Object.create(…)

Object.create()方法会创建一个新对象，使用现有对象来提供新创建的对象的__proto__

Object.create 实现的其实是”对象关联”，直接上代码更有助于理解：

let person = {
  eat: function() {};
  sleep: function() {};
}

let father = Object.create(person); 
// father.__proto__ -> person, 因此father上有eat/sleep/talk等属性

father.eat();
father.sleep();

上述代码中，我们并没有使用构造函数 / 类继承的方式，但 father 却可以使用来自 person 对象的属性方法，底层原理依赖于原型和原型链的魔力。

// Object.create实现原理/模拟
Object.create = function(o) {
  function F() {}
  F.prototype = o;
  return new F();
}

Object.create(...) 实现的 “对象关联” 的设计模式与 “面向对象” 模式不同，它并没有父类，子类的概念，甚至没有 “类” 的概念，只有对象。它倡导的是 “委托” 的设计模式，是基于 “面向委托” 的一种编程模式。

文章篇幅有限，仅作浅显了解，后续可另开一章讲讲 “面向对象” VS “面向委托”，孰优孰劣，说一道二。

对象识别（检查 “类” 关系）

instanceof

instanceof 只能处理对象与函数的关系判断。instanceof 左边是对象，右边是函数。判断规则：沿着对象的 __proto__ 进行查找，沿着函数的 prototype 进行查找，如果有关联引用则返回 true，否则返回 false。

let pupil = new Student();
pupil instanceof Student;  // true
pupil instanceof Person;   // true Student继承了Person

Object.prototype.isPrototypeOf(…)

Object.prototype.isPrototyepOf(...) 可以识别对象与对象，也可以是对象与函数。

let pupil = new Student();
Student.prototype.isPrototypeOf(pupil); // true

判断规则：在对象 pupil 原型链上是否出现过 Student.prototype , 如果有则返回 true， 否则返回 false

ES6新增修改对象原型的方法：Object.setPrototypeOf(obj, prototype)，存在有性能问题，仅作了解，更推荐使用 Object.create(...)。

Student.prototype = Object.create(Person.prototype);
// setPrototypeOf改写上行代码
Object.setPrototypeOf(Student.prototype, Person.prototype);

后语

“面向对象” 是程序编程的一种设计模式，具备 “封装，继承，多态” 的特点，在ES6的 class 语法未出来之前，原型继承确实是JavaScript入门的一个难点，特别是对新入门的朋友，理解起来并不友好，模拟继承的代码写的冗余又难懂。好在ES6有了 class 语法糖，不必写冗余的类继承代码，代码写少了，眼镜片都亮堂了。

老话说的好，“会者不难”。深入理解面向对象，原型，继承，对日后代码能力的提升及编码方式优化都有益处。好的方案不只有一种，明白个中缘由，带你走进新世界大门。

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参考文档：

• 《你不知道的JavaScript（上卷）》
• 《JavaScript高级程序设计》
• JavaScript常见的六种继承方式
• 深入理解javascript原型和闭包

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作者：以乐之名
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