03月31, 2016

从本质认识JavaScript的原型继承和类继承

JavaScript发展到今天,和其他语言不一样的一个特点是,有各种各样的“继承方式”,或者稍微准确一点的说法,叫做有各种各样的基于prototype的模拟类继承实现方式。

在ES6之前,JavaScript没有类继承的概念,因此使用者为了代码复用的目的,只能参考其他语言的“继承”,然后用prototype来模拟出对应的实现,于是有了各种继承方式,比如《JavaScript高级程序设计》上说的 原型链,借用构造函数,组合继承,原型式继承,寄生式继承,寄生组合式继承 等等

那么多继承方式,让第一次接触这一块的小伙伴们内心有点崩溃。然而,之所以有那么多继承方式,其实还是因为“模拟”二字,因为我们在说继承的时候不是在研究prototype本身,而是在用prototype和JS特性来模拟别的语言的类继承

我们现在抛开这些种类繁多的继承方式,来看一下prototype的本质和我们为什么要模拟类继承。

原型继承

“原型” 这个词本身源自心理学,指神话、宗教、梦境、幻想、文学中不断重复出现的意象,它源自民族记忆和原始经验的集体潜意识。

所以,原型是一种抽象,代表事物表象之下的联系,用简单的话来说,就是原型描述事物与事物之间的相似性.

想象一个小孩子如何认知这个世界:

当小孩子没见过老虎的时候,大人可能会教他,老虎啊,就像是一只大猫。如果这个孩子碰巧常常和邻居家的猫咪玩耍,那么她不用去动物园见到真实的老虎,就能想象出老虎大概是长什么样子。

照猫画虎

这个故事有个更简单的表达,叫做“照猫画虎”。如果我们用JavaScript的原型来描述它,就是:

function Tiger(){
    //...
}

Tiger.prototype = new Cat(); //老虎的原型是一只猫

很显然,“照猫画虎”(或者反过来“照虎画猫”,也可以,取决孩子于先认识老虎还是先认识猫)是一种认知模式,它让人类儿童不需要在脑海里重新完全构建一只老虎的全部信息,而可以通过她熟悉的猫咪的“复用”得到老虎的大部分信息,接下来她只需要去到动物园,去观察老虎和猫咪的不同部分,就可以正确认知什么是老虎了。这段话用JavaScript可以描述如下:

function Cat(){

}
//小猫喵喵叫
Cat.prototype.say = function(){    
  return "喵";
}
//小猫会爬树
Cat.prototype.climb = function(){
  return "我会爬树";
}

function Tiger(){

}
Tiger.prototype = new Cat();

//老虎的叫声和小猫不同,但老虎也会爬树
Tiger.prototype.say = function(){
  return "嗷";
}

所以,原型可以通过描述两个事物之间的相似关系来复用代码,我们可以把这种复用代码的模式称为原型继承

类继承

几年之后,当时的小孩子长大了,随着她的知识结构不断丰富,她认识世界的方式也发生了一些变化,她学会了太多的动物,有喵喵叫的猫,百兽之王狮子,优雅的丛林之王老虎,还有豺狼、大象等等。

这时候,单纯的相似性的认知方式已经很少被使用在如此丰富的知识内容里,更加严谨的认知方式——分类,开始被更频繁使用。

分类

这时候当年的小孩会说,猫和狗都是动物,如果她碰巧学习的是专业的生物学,她可能还会说猫和狗都是脊索门哺乳纲,于是,相似性被“类”这一种更高程度的抽象表达取代,我们用JavaScript来描述:

class Animal{
    eat(){}
    say(){}
    climb(){}
    ...
}
class Cat extends Animal{
    say(){return "喵"}
}
class Dog extends Animal{
    say(){return "汪"}
}

原型继承和类继承

所以,原型继承类继承是两种认知模式,本质上都是为了抽象(复用代码)。相对于类,原型更初级且更灵活。因此当一个系统内没有太多关联的事物的时候,用原型明显比用类更灵活便捷。

原型继承的便捷性表现在系统中对象较少的时候,原型继承不需要构造额外的抽象类和接口就可以实现复用。(如系统里只有猫和狗两种动物的话,没必要再为它们构造一个抽象的“动物类”)

原型继承的灵活性还表现在复用模式更加灵活。由于原型和类的模式不一样,所以对复用的判断标准也就不一样,例如把一个红色皮球当做一个太阳的原型,当然是可以的(反过来也行),但显然不能将“恒星类”当做太阳和红球的公共父类(倒是可以用“球体”这个类作为它们的公共父类)。

既然原型本质上是一种认知模式可以用来复用代码,那我们为什么还要模拟“类继承”呢?在这里面我们就得看看原型继承有什么问题——

原型继承的问题

由于我们刚才前面举例的猫和老虎的构造器没有参数,因此大家很可能没发现问题,现在我们试验一个有参数构造器的原型继承:

function Vector2D(x, y){
  this.x = x;
  this.y = y;
}
Vector2D.prototype.length = function(){
  return Math.sqrt(this.x * this.x + this.y * this.y);
}

function Vector3D(x, y, z){
  Vector2D.call(this, x, y);
  this.z = z;
}
Vector3D.prototype = new Vector2D();

Vector3D.prototype.length = function(){
  return Math.sqrt(this.x * this.x + this.y * this.y + this.z * this.z);
}

var p = new Vector3D(1, 2, 3);
console.log(p.x, p.y, p.z, p.length(), p instanceof Vector2D);

上面这段代码里面我们看到我们用 Vector2D 的实例作为 Vector3D 的原型,在 Vector3D 的构造器里面我们还可以调用 Vector2D 的构造器来初始化 x、y。

但是,如果认真研究上面的代码,会发现一个小问题,在中间描述原型继承的时候:

Vector3D.prototype = new Vector2D();

我们其实无参数地调用了一次 Vector2D 的构造器!

这一次调用是不必要的,而且,因为我们的 Vector2D 的构造器足够简单并且没有副作用,所以我们这次无谓的调用除了稍稍消耗了性能之外,并不会带来太严重的问题。

但在实际项目中,我们有些组件的构造器比较复杂,或者操作DOM,那么这种情况下无谓多调用一次构造器,显然是有可能造成严重问题的。

于是,我们得想办法克服这一次多余的构造器调用,而显然,我们发现我们可以不必要这一次多余的调用:

function createObjWithoutConstructor(Class){
    function T(){};
    T.prototype = Class.prototype;
    return new T();    
}

上面的代码中,我们通过创建一个空的构造器T,引用父类Class的prototype,然后返回new T( ),来巧妙地避开Class构造器的执行。这样,我们确实可以绕开父类构造器的调用,并将它的调用时机延迟到子类实例化的时候(本来也应该这样才合理)。

function Vector2D(x, y){
  this.x = x;
  this.y = y;
}
Vector2D.prototype.length = function(){
  return Math.sqrt(this.x * this.x + this.y * this.y);
}

function Vector3D(x, y, z){
  Vector2D.call(this, x, y);
  this.z = z;
}
Vector3D.prototype = createObjWithoutConstructor(Vector2D);

Vector3D.prototype.length = function(){
  return Math.sqrt(this.x * this.x + this.y * this.y + this.z * this.z);
}

var p = new Vector3D(1, 2, 3);
console.log(p.x, p.y, p.z, p.length(), p instanceof Vector2D);

这样,我们解决了父类构造器延迟构造的问题之后,原型继承就比较适用了,并且这样简单处理之后,使用起来还不会影响 instanceof 返回值的正确性,这是与其他模拟方式相比最大的好处。

模拟类继承

最后,我们利用这个原理还可以实现比较完美的类继承:

(function(global){"use strict"

  Function.prototype.extend = function(props){
    var Super = this; //父类构造函数

    //父类原型
    var TmpCls = function(){

    }
    TmpCls.prototype = Super.prototype;

    var superProto = new TmpCls();

    //父类构造器wrapper
    var _super = function(){
      return Super.apply(this, arguments);
    }

    var Cls = function(){
      if(props.constructor){
        //执行构造函数
        props.constructor.apply(this, arguments);
      }
      //绑定 this._super 的方法
      for(var i in Super.prototype){
        _super[i] = Super.prototype[i].bind(this);
      }
    }
    Cls.prototype = superProto;
    Cls.prototype._super = _super;

    //复制属性
    for(var i in props){
      if(i !== "constructor"){
        Cls.prototype[i] = props[i];
      }
    }  

    return Cls;
  }

  function Animal(name){
    this.name = name;
  }

  Animal.prototype.sayName = function(){
    console.log("My name is "+this.name);
  }

  var Programmer = Animal.extend({
    constructor: function(name){
      this._super(name);
    },
    sayName: function(){
      this._super.sayName(name);
    },
    program: function(){
      console.log("I\"m coding...");
    }
  });
  //测试我们的类
  var animal = new Animal("dummy"),
      akira = new Programmer("akira");
  animal.sayName();//输出 ‘My name is dummy’
  akira.sayName();//输出 ‘My name is akira’
  akira.program();//输出 ‘I"m coding...’

})(this);

可以比较一下ES6的类继承:

(function(global){"use strict"

  //类的定义
  class Animal {
    //ES6中新型构造器
      constructor(name) {
          this.name = name;
      }
      //实例方法
      sayName() {
          console.log("My name is "+this.name);
      }
  }

  //类的继承
  class Programmer extends Animal {
      constructor(name) {
        //直接调用父类构造器进行初始化
          super(name);
      }
      sayName(){
          super.sayName();
      }
      program() {
          console.log("I\"m coding...");
      }
  }
  //测试我们的类
  var animal = new Animal("dummy"),
      akira = new Programmer("akira");
  animal.sayName();//输出 ‘My name is dummy’
  akira.sayName();//输出 ‘My name is akira’
  akira.program();//输出 ‘I"m coding...’

})(this);

总结

原型继承和类继承是两种不同的认知模式,原型继承在对象不是很多的简单应用模型里比类继承更加灵活方便。然而JavaScript的原型继承在语法上有一个构造器额外调用的问题,我们只要通过 createObjWithoutConstructor 来延迟构造器的调用,就能解决这个问题。

本文链接:https://www.h5jun.com/post/inherits.html

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