从本质认识JavaScript的原型继承和类继承
作者:十年踪迹
文章源自:https://www.h5jun.com/post/inherits.html
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,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。
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“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。
这时候当年的小孩会说,猫和狗都是动物。如果她碰巧学习专业是生物学,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,原型继承和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。