Javascript 面向對象編程

Javascript是一個類C的語言，他的面向對象的東西相對於C++/Java比較奇怪，但是其的確相當的強大，在 Todd 同學的“對象的消息模型”一文中我們已經可以看到一些端倪了。這兩天有個前同事總在問我Javascript面向對象的東西，所以，索性寫篇文章讓他看去吧，這裏這篇文章主要想從一個整體的角度來說明一下Javascript的面向對象的編程。（成文比較倉促，應該有不準確或是有誤的地方，請大家批評指正）

另，這篇文章主要基於 ECMAScript 5， 旨在介紹新技術。關於兼容性的東西，請看最後一節。

初探

我們知道Javascript中的變量定義基本如下：

var name = 'Chen Hao';;
var email = 'haoel(@)hotmail.com';
var website = 'http://coolshell.cn';

如果要用對象來寫的話，就是下面這個樣子

var chenhao = {
    name :'Chen Hao',
    email : 'haoel(@)hotmail.com',
    website : 'http://coolshell.cn'
};

於是，我就可以這樣訪問：

//以成員的方式
chenhao.name;
chenhao.email;
chenhao.website;

//以hash map的方式
chenhao["name"];
chenhao["email"];
chenhao["website"];

關於函數，我們知道Javascript的函數是這樣的：

var doSomething = function(){
   alert('Hello World.');
};

於是，我們可以這麼幹：

var sayHello = function(){
   var hello = "Hello, I'm "+ this.name
                + ", my email is: " + this.email
                + ", my website is: " + this.website;
   alert(hello);
};

//直接賦值，這裏很像C/C++的函數指針
chenhao.Hello = sayHello;

chenhao.Hello();

相信這些東西都比較簡單，大家都明白了。 可以看到javascript對象函數是直接聲明，直接賦值，直接就用了。runtime的動態語言。

還有一種比較規範的寫法是：

//我們可以看到， 其用function來做class。
var Person = function(name, email, website){
    this.name = name;
    this.email = email;
    this.website = website;

    this.sayHello = function(){
        var hello = "Hello, I'm "+ this.name  + ", \n" +
                    "my email is: " + this.email + ", \n" +
                    "my website is: " + this.website;
        alert(hello);
    };
};

var chenhao = new Person("Chen Hao", "[email protected]",
                                     "http://coolshell.cn");
chenhao.sayHello(); 

順便說一下，要刪除對象的屬性，很簡單：

delete chenhao['email']

上面的這些例子，我們可以看到這樣幾點：

1. Javascript的數據和成員封裝很簡單。沒有類完全是對象操作。純動態！
2. Javascript function中的this指針很關鍵，如果沒有的話，那就是局部變量或局部函數。
3. Javascript對象成員函數可以在使用時臨時聲明，並把一個全局函數直接賦過去就好了。
4. Javascript的成員函數可以在實例上進行修改，也就是說不同實例相同函數名的行爲不一定一樣。

屬性配置 – Object.defineProperty

先看下面的代碼：

//創建對象
var chenhao = Object.create(null);

//設置一個屬性
 Object.defineProperty( chenhao,
                'name', { value:  'Chen Hao',
                          writable:     true,
                          configurable: true,
                          enumerable:   true });

//設置多個屬性
Object.defineProperties( chenhao,
    {
        'email'  : { value:  '[email protected]',
                     writable:     true,
                     configurable: true,
                     enumerable:   true },
        'website': { value: 'http://coolshell.cn',
                     writable:     true,
                     configurable: true,
                     enumerable:   true }
    }
);

下面就說說這些屬性配置是什麼意思。

• writable：這個屬性的值是否可以改。
• configurable：這個屬性的配置是否可以改。
• enumerable：這個屬性是否能在for…in循環中遍歷出來或在Object.keys中列舉出來。
• value：屬性值。
• get()/set(_value)：get和set訪問器。

Get/Set 訪問器

關於get/set訪問器，它的意思就是用get/set來取代value（其不能和value一起使用），示例如下：

var  age = 0;
Object.defineProperty( chenhao,
            'age', {
                      get: function() {return age+1;},
                      set: function(value) {age = value;}
                      enumerable : true,
                      configurable : true
                    }
);
chenhao.age = 100; //調用set
alert(chenhao.age); //調用get 輸出101（get中+1了）;

我們再看一個更爲實用的例子——利用已有的屬性(age)通過get和set構造新的屬性(birth_year)：

Object.defineProperty( chenhao,
            'birth_year',
            {
                get: function() {
                    var d = new Date();
                    var y = d.getFullYear();
                    return ( y - this.age );
                },
                set: function(year) {
                    var d = new Date();
                    var y = d.getFullYear();
                    this.age = y - year;
                }
            }
);

alert(chenhao.birth_year);
chenhao.birth_year = 2000;
alert(chenhao.age);

這樣做好像有點麻煩，你說，我爲什麼不寫成下面這個樣子：

var chenhao = {
    name: "Chen Hao",
    email: "[email protected]",
    website: "http://coolshell.cn",
    age: 100,
    get birth_year() {
        var d = new Date();
        var y = d.getFullYear();
        return ( y - this.age );
    },
    set birth_year(year) {
        var d = new Date();
        var y = d.getFullYear();
        this.age = y - year;
    }

};
alert(chenhao.birth_year);
chenhao.birth_year = 2000;
alert(chenhao.age);

是的，你的確可以這樣的，不過通過defineProperty()你可以幹這些事：

1）設置如 writable，configurable，enumerable 等這類的屬性配置。
2）動態地爲一個對象加屬性。比如：一些HTML的DOM對像。

查看對象屬性配置

如果查看並管理對象的這些配置，下面有個程序可以輸出對象的屬性和配置等東西：

//列出對象的屬性.
function listProperties(obj)
{
    var newLine = "<br />";
    var names = Object.getOwnPropertyNames(obj);
    for (var i = 0; i < names.length; i++) {
        var prop = names[i];
        document.write(prop + newLine);

        // 列出對象的屬性配置（descriptor）動用getOwnPropertyDescriptor函數。
        var descriptor = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, prop);
        for (var attr in descriptor) {
            document.write("..." + attr + ': ' + descriptor[attr]);
            document.write(newLine);
        }
        document.write(newLine);
    }
}

listProperties(chenhao);

call，apply， bind 和 this

關於Javascript的this指針，和C++/Java很類似。 我們來看個示例：（這個示例很簡單了，我就不多說了）

function print(text){
    document.write(this.value + ' - ' + text+ '<br>');
}

var a = {value: 10, print : print};
var b = {value: 20, print : print};

print('hello');// this => global, output "undefined - hello"

a.print('a');// this => a, output "10 - a"
b.print('b'); // this => b, output "20 - b"

a['print']('a'); // this => a, output "10 - a"

我們再來看看call 和 apply，這兩個函數的差別就是參數的樣子不一樣，另一個就是性能不一樣，apply的性能要差很多。（關於性能，可到 JSPerf 上去跑跑看看）

print.call(a, 'a'); // this => a, output "10 - a"
print.call(b, 'b'); // this => b, output "20 - b"

print.apply(a, ['a']); // this => a, output "10 - a"
print.apply(b, ['b']); // this => b, output "20 - b"

但是在bind後，this指針，可能會有不一樣，但是因爲Javascript是動態的。如下面的示例

var p = print.bind(a);
p('a');             // this => a, output "10 - a"
p.call(b, 'b');     // this => a, output "10 - b"
p.apply(b, ['b']);  // this => a, output "10 - b"

繼承 和 重載

通過上面的那些示例，我們可以通過Object.create()來實際繼承，請看下面的代碼，Student繼承於Object。

var Person = Object.create(null);

Object.defineProperties
(
    Person,
    {
        'name'  : {  value: 'Chen Hao'},
        'email'  : { value : '[email protected]'},
        'website': { value: 'http://coolshell.cn'}
    }
);

Person.sayHello = function () {
    var hello = "<p>Hello, I am "+ this.name  + ", <br>" +
                "my email is: " + this.email + ", <br>" +
                "my website is: " + this.website;
    document.write(hello + "<br>");
}

var Student = Object.create(Person);
Student.no = "1234567"; //學號
Student.dept = "Computer Science"; //系

//使用Person的屬性
document.write(Student.name + ' ' + Student.email + ' ' + Student.website +'<br>');

//使用Person的方法
Student.sayHello();

//重載SayHello方法
Student.sayHello = function (person) {
    var hello = "<p>Hello, I am "+ this.name  + ", <br>" +
                "my email is: " + this.email + ", <br>" +
                "my website is: " + this.website + ", <br>" +
                "my student no is: " + this. no + ", <br>" +
                "my departent is: " + this. dept;
    document.write(hello + '<br>');
}
//再次調用
Student.sayHello();

//查看Student的屬性（只有 no 、 dept 和 重載了的sayHello）
document.write('<p>' + Object.keys(Student) + '<br>');

通用上面這個示例，我們可以看到，Person裏的屬性並沒有被真正複製到了Student中來，但是我們可以去存取。這是因爲Javascript用委託實現了這一機制。其實，這就是Prototype，Person是Student的Prototype。

當我們的代碼需要一個屬性的時候，Javascript的引擎會先看當前的這個對象中是否有這個屬性，如果沒有的話，就會查找他的Prototype對象是否有這個屬性，一直繼續下去，直到找到或是直到沒有Prototype對象。

爲了證明這個事，我們可以使用Object.getPrototypeOf()來檢驗一下：

Student.name = 'aaa';

//輸出 aaa
document.write('<p>' + Student.name + '</p>');

//輸出 Chen Hao
document.write('<p>' +Object.getPrototypeOf(Student).name + '</p>');

於是，你還可以在子對象的函數裏調用父對象的函數，就好像C++裏的 Base::func() 一樣。於是，我們重載hello的方法就可以使用父類的代碼了，如下所示：

//新版的重載SayHello方法
Student.sayHello = function (person) {
    Object.getPrototypeOf(this).sayHello.call(this);
    var hello = "my student no is: " + this. no + ", <br>" +
                "my departent is: " + this. dept;
    document.write(hello + '<br>');
}

這個很強大吧。

組合

上面的那個東西還不能滿足我們的要求，我們可能希望這些對象能真正的組合起來。爲什麼要組合？因爲我們都知道是這是OO設計的最重要的東西。不過，這對於Javascript來並沒有支持得特別好，不好我們依然可以搞定個事。

首先，我們需要定義一個Composition的函數：（target是作用於是對象，source是源對象），下面這個代碼還是很簡單的，就是把source裏的屬性一個一個拿出來然後定義到target中。

function Composition(target, source)
{
    var desc  = Object.getOwnPropertyDescriptor;
    var prop  = Object.getOwnPropertyNames;
    var def_prop = Object.defineProperty;

    prop(source).forEach(
        function(key) {
            def_prop(target, key, desc(source, key))
        }
    )
    return target;
}

有了這個函數以後，我們就可以這來玩了：

//藝術家
var Artist = Object.create(null);
Artist.sing = function() {
    return this.name + ' starts singing...';
}
Artist.paint = function() {
    return this.name + ' starts painting...';
}

//運動員
var Sporter = Object.create(null);
Sporter.run = function() {
    return this.name + ' starts running...';
}
Sporter.swim = function() {
    return this.name + ' starts swimming...';
}

Composition(Person, Artist);
document.write(Person.sing() + '<br>');
document.write(Person.paint() + '<br>');

Composition(Person, Sporter);
document.write(Person.run() + '<br>');
document.write(Person.swim() + '<br>');

//看看 Person中有什麼？（輸出：sayHello,sing,paint,swim,run）
document.write('<p>' + Object.keys(Person) + '<br>');

Prototype 和 繼承

我們先來說說Prototype。我們先看下面的例程，這個例程不需要解釋吧，很像C語言裏的函數指針，在C語言裏這樣的東西見得多了。

var plus = function(x,y){
    document.write( x + ' + ' + y + ' = ' + (x+y) + '<br>');
    return x + y;
};

var minus = function(x,y){
    document.write(x + ' - ' + y + ' = ' + (x-y) + '<br>');
    return x - y;
};

var operations = {
    '+': plus,
    '-': minus
};

var calculate = function(x, y, operation){
    return operations[operation](x, y);
};

calculate(12, 4, '+');
calculate(24, 3, '-');

那麼，我們能不能把這些東西封裝起來呢，我們需要使用prototype。看下面的示例：

var Cal = function(x, y){
    this.x = x;
    this.y = y;
}

Cal.prototype.operations = {
    '+': function(x, y) { return x+y;},
    '-': function(x, y) { return x-y;}
};

Cal.prototype.calculate = function(operation){
    return this.operations[operation](this.x, this.y);
};

var c = new Cal(4, 5);

c.calculate('+');
c.calculate('-');

這就是prototype的用法，prototype 是javascript這個語言中最重要的內容。網上有太多的文章介始這個東西了。說白了，prototype就是對一對象進行擴展，其特點在於通過“複製”一個已經存在的實例來返回新的實例,而不是新建實例。被複制的實例就是我們所稱的“原型”，這個原型是可定製的（當然，這裏沒有真正的複製，實際只是委託）。上面的這個例子中，我們擴展了實例Cal，讓其有了一個operations的屬性和一個calculate的方法。

這樣，我們可以通過這一特性來實現繼承。還記得我們最最前面的那個Person吧， 下面的示例是創建一個Student來繼承Person。

function Person(name, email, website){
    this.name = name;
    this.email = email;
    this.website = website;
};

Person.prototype.sayHello = function(){
    var hello = "Hello, I am "+ this.name  + ", <br>" +
                "my email is: " + this.email + ", <br>" +
                "my website is: " + this.website;
    return hello;
};

function Student(name, email, website, no, dept){
    var proto = Object.getPrototypeOf;
    proto(Student.prototype).constructor.call(this, name, email, website);
    this.no = no;
    this.dept = dept;
}

// 繼承prototype
Student.prototype = Object.create(Person.prototype);

//重置構造函數
Student.prototype.constructor = Student;

//重載sayHello()
Student.prototype.sayHello = function(){
    var proto = Object.getPrototypeOf;
    var hello = proto(Student.prototype).sayHello.call(this) + '<br>';
    hello += "my student no is: " + this. no + ", <br>" +
             "my departent is: " + this. dept;
    return hello;
};

var me = new Student(
    "Chen Hao",
    "[email protected]",
    "http://coolshell.cn",
    "12345678",
    "Computer Science"
);
document.write(me.sayHello());

兼容性

上面的這些代碼並不一定能在所有的瀏覽器下都能運行，因爲上面這些代碼遵循 ECMAScript 5 的規範，關於ECMAScript 5 的瀏覽器兼容列表，你可以看這裏“ES5瀏覽器兼容表”。

本文中的所有代碼都在Chrome最新版中測試過了。

下面是一些函數，可以用在不兼容ES5的瀏覽器中：

Object.create()函數

function clone(proto) {
    function Dummy() { }

    Dummy.prototype             = proto;
    Dummy.prototype.constructor = Dummy;

    return new Dummy(); //等價於Object.create(Person);
}

var me = clone(Person);

defineProperty()函數

function defineProperty(target, key, descriptor) {
    if (descriptor.value){
        target[key] = descriptor.value;
    }else {
        descriptor.get && target.__defineGetter__(key, descriptor.get);
        descriptor.set && target.__defineSetter__(key, descriptor.set);
    }

    return target
}

keys()函數

function keys(object) { var result, key
    result = [];
    for (key in object){
        if (object.hasOwnProperty(key))  result.push(key)
    }

    return result;
}

bject.getPrototypeOf() 函數

function proto(object) {
    return !object?                null
         : '__proto__' in object?  object.__proto__
         : /* not exposed? */      object.constructor.prototype
}

bind 函數

var slice = [].slice

function bind(fn, bound_this) { var bound_args
    bound_args = slice.call(arguments, 2)
    return function() { var args
        args = bound_args.concat(slice.call(arguments))
        return fn.apply(bound_this, args) }
}

參考

• W3CSchool
• MDN (Mozilla Developer Network)
• MSDN (Microsoft Software Development Network)
• Understanding Javascript OOP.