前端進擊的巨人（七）：走進面向對象，原型與原型鏈，繼承方式

"面向對象" 是以 "對象" 爲中心的編程思想，它的思維方式是構造。

"面向對象" 編程的三大特點："封裝、繼承、多態”：

封裝：屬性方法的抽象
繼承：一個類繼承（複製）另一個類的屬性/方法
多態：方法（接口）重寫

"面向對象" 編程的核心，離不開 "類" 的概念。簡單地理解下 "類"，它是一種抽象方法。通過 "類" 的方式，可以創建出多個具有相同屬性和方法的對象。

但是！但是！但是JavaScript中並沒有 "類" 的概念，對的，沒有。

ES6 新增的 class 語法，只是一種模擬 "類" 的語法糖，底層機制依舊不能算是標準 "類" 的實現方式。

在理解JavaScript中如何實現 "面向對象" 編程之前，有必要對JavaScript中的對象先作進一步地瞭解。

什麼是對象

對象是"無序屬性"的集合，表現爲"鍵/值對"的形式。屬性值可包含任何類型值（基本類型、引用類型：對象/函數/數組）。

有些文章指出"JS中一切都是對象"，略有偏頗，修正爲："JS中一切引用類型都是對象"更爲穩妥些。

函數 / 數組都屬於對象，數組就是對象的一種子類型，不過函數稍微複雜點，它跟對象的關係，有點"雞生蛋，蛋生雞"的關係，可先記住："對象由函數創建"。

簡單對象的創建

字面量聲明（常用）
new 操作符調用 Object 函數

// 字面量
let person = {
  name: '以樂之名'
};

// new Object()
let person = new Object();
person.name = '以樂之名';

以上兩種創建對象的方式，並不具備創建多個具有相同屬性的對象。

TIPS：new 操作符會對所有函數進行劫持，將函數變成構造函數（對函數的構造調用）。

對象屬性的訪問方式

. 操作符訪問 (也稱 "鍵訪問"）
[] 操作符訪問（也稱 "屬性訪問"）

`.` 操作符 VS `[]` 操作符：

. 訪問屬性時，屬性名需遵循標識符規範，兼容性比 [] 略差；
[] 接受任意UTF-8/Unicode字符串作爲屬性名；
[] 支持動態屬性名（變量）；
[] 支持表達式計算（字符串連接 / ES6的Symbol）

TIPS: 標識符命名規範 —— 數字/英文字母/下劃線組成，開頭不能是數字。

// 任意UTF-8/Unicode字符串作爲屬性名
person['$my-name'];

// 動態屬性名（變量）
let attrName = 'name';
person[attrName];  

// 表達式計算
let attrPrefix = 'my_';
person[attrPrefix + 'name'];  // person['my_name']
person[Symbol.name];          // Symbol在屬性名的應用

屬性描述符

ES5新增 "屬性描述符"，可針對對象屬性的特性進行配置。

屬性特性的類型

1. 數據屬性

Configurable 可配置（可刪除）？[true|false]
Enumerable 可枚舉 [true|false]
Writable 可寫？ [true|false]
Value 值？默認undefined

2. 訪問器屬性

Get [[Getter]] 讀取方法
Set [[Setter]] 設置方法

訪問器屬性優先級高於數據屬性

訪問器屬性會優於 writeable/value
- 獲取屬性值時，如果對象屬性存在 get()，會忽略其 value 值，直接調用 get()；
- 設置屬性值時，如果對象屬性存在 set()，會忽略 writable 的設置，直接調用 set();
訪問器屬性日常應用：
- 屬性值聯動修改（一個屬性值修改，會觸發另外屬性值修改）；
- 屬性值保護（只能通過 set() 制定邏輯修改屬性值）

定義屬性特性

Object.defineProperty() 定義單個屬性
Object.defineProperties() 定義多個屬性

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

TIPS：使用 Object.defineProperty/defineProperties 定義屬性時，屬性特性 configurable/enumerable/writable 值默認爲 false，value 默認爲 undefined。其它方式創建對象屬性時，前三者值都爲 true。

可使用Object.getOwnPropertyDescriptor() 來獲取對象屬性的特性描述。

原型

JavaScript中模擬 "面向對象" 中 "類" 的實現方式，是利用了JavaScript中函數的一個特性（屬性）——prototype（本身是一個對象）。

每個函數默認都有一個 prototype 屬性，它就是我們所說的 "原型"，或稱 "原型對象"。每個實例化創建的對象都有一個 __proto__ 屬性（隱式原型），它指向創建它的構造函數的 prototype 屬性。

new + 函數（實現"原型關聯"）

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操作符的執行過程，會對實例對象進行 "原型關聯"，或稱 "原型鏈接"。

new的執行過程

創建（構造）一個全新的空對象
“這個新對象會被執行"原型"鏈接（新對象的__proto__會指向函數的prototype)”
構造函數的this會指向這個新對象，並對this屬性進行賦值
如果函數沒有返回其他對象，則返回這個新對象（注意構造函數的return，一般不會有return)

原型鏈

"對象由函數創建"，既然 prototype 也是對象，那麼它的 __proto__ 原型鏈上應該還有屬性。Person.prototype.__proto__ 指向 Function.prototype，而Function.prototype.__proto__ 最終指向 Object.prototype.__proto__。

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

日常調用對象的 toString()/valueOf() 方法，雖然沒有去定義它們，但卻能正常使用。實際上這些方法來自 Object.prototype，所有普通對象的原型鏈最終都會指向 Object.prototype，而對象通過原型鏈關聯（繼承）的方式，使得實例對象可以調用 Object.prototype 上的屬性 / 方法。

訪問一個對象的屬性時，會先在其基礎屬性上查找，找到則返回值；如果沒有，會沿着其原型鏈上進行查找，整條原型鏈查找不到則返回 undefined。這就是原型鏈查找。

基礎屬性與原型屬性

hasOwnProperty()

判斷對象基礎屬性中是否有該屬性，基礎屬性返回 true。

涉及 in 操作都是所有屬性（基礎 + 原型）

for...in... 遍歷對象所有可枚舉屬性
in 判斷對象是否擁有該屬性

Object.keys(...)與Object.getOwnPropertyNames(...)

Object.keys(...) 返回所有可枚舉屬性
Object.getOwnPropertyNames(...) 返回所有屬性

屏蔽屬性

修改對象屬性時，如果屬性名與原型鏈上屬性重名，則在實例對象上創建新的屬性，屏蔽對象對原型屬性的使用（發生屏蔽屬性）。屏蔽屬性的前提是，對象基礎屬性名與原型鏈上屬性名存在重名。

創建對象屬性時，屬性特性對屏蔽屬性的影響

對象原型鏈上有同名屬性，且可寫，在對象上創建新屬性（屏蔽原型屬性）；
對象原型鏈上有同名屬性，且只讀，忽略；
對象原型鏈上有同名屬性，存在訪問器屬性 set()，調用 set()

批量創建對象的方式

創建多個具有相同屬性的對象

1. 工廠模式

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'

缺點：

無法解決對象識別問題
屬性值爲函數時無法共用，不同實例對象的 say 方法沒有共用內存空間

obj.say = function(){...} 實例化一個對象時都會開闢新的內存空間，去存儲function(){...}，造成不必要的內存開銷。

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

2. 構造函數（`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);

缺點：屬性值爲引用類型（say方法）時無法共用，不同實例對象的 say 方法沒有共用內存空間（與工廠模式一樣）。

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();

優點：解決公共方法內存佔用問題（所有實例屬性的 say 方法共用內存）
缺點：屬性值爲引用類型時，因內存共用，一個對象修改屬性會造成其它對象使用屬性發生改變。

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

// 引用類型共用內存，一個對象修改屬性，會影響其它對象
father.like;  // ['sing', 'dance', 'travel']
mother.like;  // ['sing', 'dance', 'travel']

4. 構造函數 + 原型（經典組合）

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：結合構造函數和原型的優點，"構造函數初始化屬性，原型定義公共方法"。

5. 動態原型

構造函數 + 原型的組合方式，區別於其它 "面向對象" 語言的聲明方式。屬性方法的定義並沒有統一在構造函數中。因此動態原型創建對象的方式，則是在 "構造函數 + 原型組合" 基礎上，優化了定義方式（區域）。

function Person(name, age) {
  this.name = name;
  this.age = age;
 
  // 判斷原型是否有方法，沒有則添加；
  // 原型上的屬性在構造函數內定義，僅執行一次 
  if (!Person.prototype.say) {
    Person.prototype.say = function() {
      console.log(`My name is ${this.name}, i am ${this.age}`);
    }
  }
}

優點：屬性方法統一在構造函數中定義。

除了以上介紹的幾種對象創建方式，此外還有"寄生構造函數模式"、"穩妥構造函數模式"。日常開發較少使用，感興趣的夥伴們可自行了解。

"類" 的繼承

傳統的面嚮對象語言中，"類" 繼承的原理是 "類" 的複製。但JavaScript模擬 "類" 繼承則是通過 "原型關聯" 來實現，並不是 "類" 的複製。正如《你不知道的JavaScript》中提出的觀點，這種模擬 "類" 繼承的方式，更像是 "委託"，而不是 "繼承"。

以下列舉JavaScript中常用的繼承方式，預先定義兩個類：

"Person" 父類（超類）
"Student" 子類（用來繼承父類）

// 父類統一定義
function Person(name, age) {
  // 構造函數定義初始化屬性
  this.name = name;
  this.age = age;
}
// 原型定義公共方法
Person.prototype.eat = function() {};
Person.prototype.sleep = function() {};

原型繼承

// 原型繼承
function Student(name, age, grade) {
  this.grade = grade;
};
Student.prototype = new Person();  // Student原型指向Person實例對象
Student.prototype.constructor = Student;  // 原型對象修改，需要修復constructor屬性
let pupil = new Student(name, age, grade);

原理：

子類的原型對象爲父類的實例對象，因此子類原型對象中擁有父類的所有屬性

缺點：

無法向父類構造函數傳參，初始化屬性值
屬性值是引用類型時，存在內存共用的情況
無法實現多繼承（只能爲子類指定一個原型對象）

構造函數繼承

// 構造函數繼承
function Student(name, age, grade) {
  Person.call(this, name, age);
  this.grade = grade;
}

原理：

調用父類構造函數，傳入子類的上下文對象，實現子類參數初始化賦值。僅實現部分繼承，無法繼承父類原型上的屬性。可 call 多個父類構造函數，實現多繼承。

缺點：

屬性值爲引用類型時，需開闢多個內存空間，多個實例對象無法共享公共方法的存儲，造成不必要的內存佔用。

原型 + 構造函數繼承（經典）

// 原型 + 構造函數繼承
function Student(name, age, grade) {
  Person.call(this, name, age);  // 第一次調用父類構造函數
  this.grade = grade;
}
Student.prototype = new Person();  // 第二次調用父類構造函數
Student.prototype.constructor = Student;  // 修復constructor屬性

原理：

結合原型繼承 + 構造函數繼承兩者的優點，"構造函數繼承並初始化屬性，原型繼承公共方法"。

缺點：

父類構造函數被調用了兩次。

待優化：父類構造函數第一次調用時，已經完成父類構造函數中 "屬性的繼承和初始化"，第二次調用時只需要 "繼承父類原型屬性" 即可，無須再執行父類構造函數。

寄生組合式繼承（理想）

// 寄生組合式繼承
function Student(name, age, grade) {
  Person.call(this, name, age);
  this.grade = grade;
}
Student.prototype = Object.create(Person.prototype);  
// Object.create() 會創建一個新對象，該對象的__proto__指向Person.prototype
Student.prototype.constructor = Student;

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

原理：

創建一個新對象，將該對象原型關聯至父類的原型對象，子類 Student 已使用 call 來調用父類構造函數完成初始化，所以只需再繼承父類原型屬性即可，避免了經典組合繼承調用兩次父類構造函數。（較完美的繼承方案）

ES6的class語法

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 () {  //...  }
}

優點：ES6提供的 class 語法使得類繼承代碼語法更加簡潔。

Object.create(...)

Object.create()方法會創建一個新對象，使用現有對象來提供新創建的對象的__proto__

Object.create 實現的其實是"對象關聯"，直接上代碼更有助於理解：

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

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

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

上述代碼中，我們並沒有使用構造函數 / 類繼承的方式，但 father 卻可以使用來自 person 對象的屬性方法，底層原理依賴於原型和原型鏈的魔力。

// Object.create實現原理/模擬
Object.create = function(o) {
  function F() {}
  F.prototype = o;
  return new F();
}

Object.create(...) 實現的 "對象關聯" 的設計模式與 "面向對象" 模式不同，它並沒有父類，子類的概念，甚至沒有 "類" 的概念，只有對象。它倡導的是 "委託" 的設計模式，是基於 "面向委託" 的一種編程模式。

文章篇幅有限，僅作淺顯瞭解，後續可另開一章講講 "面向對象" VS "面向委託"，孰優孰劣，說一道二。

對象識別（檢查 "類" 關係）

instanceof

instanceof 只能處理對象與函數的關係判斷。instanceof 左邊是對象，右邊是函數。判斷規則：沿着對象的 __proto__ 進行查找，沿着函數的 prototype 進行查找，如果有關聯引用則返回 true，否則返回 false。

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

Object.prototype.isPrototypeOf(...)

Object.prototype.isPrototyepOf(...) 可以識別對象與對象，也可以是對象與函數。

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

判斷規則：在對象 pupil 原型鏈上是否出現過 Student.prototype , 如果有則返回 true，否則返回 false

ES6新增修改對象原型的方法： Object.setPrototypeOf(obj, prototype)，存在有性能問題，僅作了解，更推薦使用 Object.create(...)。

Student.prototype = Object.create(Person.prototype);
// setPrototypeOf改寫上行代碼
Object.setPrototypeOf(Student.prototype, Person.prototype);

後語

"面向對象" 是程序編程的一種設計模式，具備 "封裝，繼承，多態" 的特點，在ES6的 class 語法未出來之前，原型繼承確實是JavaScript入門的一個難點，特別是對新入門的朋友，理解起來並不友好，模擬繼承的代碼寫的冗餘又難懂。好在ES6有了 class 語法糖，不必寫冗餘的類繼承代碼，代碼寫少了，眼鏡片都亮堂了。

老話說的好，“會者不難”。深入理解面向對象，原型，繼承，對日後代碼能力的提升及編碼方式優化都有益處。好的方案不只有一種，明白箇中緣由，帶你走進新世界大門。

參考文檔：

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https://github.com/ZengLingYong/blog

作者：以樂之名
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