Javascript 面向对象编程

Javascript是一个类C的语言，他的面向对象的东西相对于C++/Java比较奇怪，但是其的确相当的强大，在 Todd 同学的“对象的消息模型”一文中我们已经可以看到一些端倪了。这两天有个前同事总在问我Javascript面向对象的东西，所以，索性写篇文章让他看去吧，这里这篇文章主要想从一个整体的角度来说明一下Javascript的面向对象的编程。（成文比较仓促，应该有不准确或是有误的地方，请大家批评指正）

另，这篇文章主要基于 ECMAScript 5，旨在介绍新技术。关于兼容性的东西，请看最后一节。

初探

我们知道Javascript中的变量定义基本如下：

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

如果要用对象来写的话，就是下面这个样子

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

于是，我就可以这样访问：

//以成员的方式
chenhao.name;
chenhao.email;
chenhao.website;

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

关于函数，我们知道Javascript的函数是这样的：

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

于是，我们可以这么干：

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

//直接赋值，这里很像C/C++的函数指针
chenhao.Hello = sayHello;

chenhao.Hello();

相信这些东西都比较简单，大家都明白了。可以看到javascript对象函数是直接声明，直接赋值，直接就用了。runtime的动态语言。

还有一种比较规范的写法是：

//我们可以看到， 其用function来做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", "haoel@hotmail.com",
                                     "http://coolshell.cn");
chenhao.sayHello();

顺便说一下，要删除对象的属性，很简单：

delete chenhao['email']

上面的这些例子，我们可以看到这样几点：

Javascript的数据和成员封装很简单。没有类完全是对象操作。纯动态！
Javascript function中的this指针很关键，如果没有的话，那就是局部变量或局部函数。
Javascript对象成员函数可以在使用时临时声明，并把一个全局函数直接赋过去就好了。
Javascript的成员函数可以在实例上进行修改，也就是说不同实例相同函数名的行为不一定一样。

属性配置 – Object.defineProperty

先看下面的代码：

//创建对象
var chenhao = Object.create(null);

//设置一个属性
 Object.defineProperty( chenhao,
                'name', { value:  'Chen Hao',
                          writable:     true,
                          configurable: true,
                          enumerable:   true });

//设置多个属性
Object.defineProperties( chenhao,
    {
        'email'  : { value:  'haoel@hotmail.com',
                     writable:     true,
                     configurable: true,
                     enumerable:   true },
        'website': { value: 'http://coolshell.cn',
                     writable:     true,
                     configurable: true,
                     enumerable:   true }
    }
);

下面就说说这些属性配置是什么意思。

writable：这个属性的值是否可以改。
configurable：这个属性的配置是否可以改。
enumerable：这个属性是否能在for…in循环中遍历出来或在Object.keys中列举出来。
value：属性值。
get()/set(_value)：get和set访问器。

Get/Set 访问器

关于get/set访问器，它的意思就是用get/set来取代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; //调用set
alert(chenhao.age); //调用get 输出101（get中+1了）;

我们再看一个更为实用的例子——利用已有的属性(age)通过get和set构造新的属性(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);

这样做好像有点麻烦，你说，我为什么不写成下面这个样子：

var chenhao = {
    name: "Chen Hao",
    email: "haoel@hotmail.com",
    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，你的确可以这样的，不过通过defineProperty()你可以干这些事：

1）设置如 writable，configurable，enumerable 等这类的属性配置。
2）动态地为一个对象加属性。比如：一些HTML的DOM对像。

查看对象属性配置

如果查看并管理对象的这些配置，下面有个程序可以输出对象的属性和配置等东西：

//列出对象的属性.
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);

        // 列出对象的属性配置（descriptor）动用getOwnPropertyDescriptor函数。
        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

关于Javascript的this指针，和C++/Java很类似。我们来看个示例：（这个示例很简单了，我就不多说了）

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"

我们再来看看call 和 apply，这两个函数的差别就是参数的样子不一样，另一个就是性能不一样，apply的性能要差很多。（关于性能，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后，this指针，可能会有不一样，但是因为Javascript是动态的。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"

继承和重载

通过上面的那些示例，我们可以通过Object.create()来实际继承，请看下面的代码，Student继承于Object。

var Person = Object.create(null);

Object.defineProperties
(
    Person,
    {
        'name'  : {  value: 'Chen Hao'},
        'email'  : { value : 'haoel@hotmail.com'},
        '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"; //学号
Student.dept = "Computer Science"; //系

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

//使用Person的方法
Student.sayHello();

//重载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>');
}
//再次调用
Student.sayHello();

//查看Student的属性（只有 no 、 dept 和 重载了的sayHello）
document.write('<p>' + Object.keys(Student) + '<br>');

通用上面这个示例，我们可以看到，Person里的属性并没有被真正复制到了Student中来，但是我们可以去存取。这是因为Javascript用委托实现了这一机制。其实，这就是Prototype，Person是Student的Prototype。

当我们的代码需要一个属性的时候，Javascript的引擎会先看当前的这个对象中是否有这个属性，如果没有的话，就会查找他的Prototype对象是否有这个属性，一直继续下去，直到找到或是直到没有Prototype对象。

为了证明这个事，我们可以使用Object.getPrototypeOf()来检验一下：

Student.name = 'aaa';

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

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

于是，你还可以在子对象的函数里调用父对象的函数，就好像C++里的 Base::func() 一样。于是，我们重载hello的方法就可以使用父类的代码了，如下所示：

//新版的重载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>');
}

这个很强大吧。

组合

上面的那个东西还不能满足我们的要求，我们可能希望这些对象能真正的组合起来。为什么要组合？因为我们都知道是这是OO设计的最重要的东西。不过，这对于Javascript来并没有支持得特别好，不好我们依然可以搞定个事。

首先，我们需要定义一个Composition的函数：（target是作用于是对象，source是源对象），下面这个代码还是很简单的，就是把source里的属性一个一个拿出来然后定义到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;
}

有了这个函数以后，我们就可以这来玩了：

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

//运动员
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中有什么？（输出：sayHello,sing,paint,swim,run）
document.write('<p>' + Object.keys(Person) + '<br>');

Prototype 和继承

我们先来说说Prototype。我们先看下面的例程，这个例程不需要解释吧，很像C语言里的函数指针，在C语言里这样的东西见得多了。

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, '-');

那么，我们能不能把这些东西封装起来呢，我们需要使用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('-');

这就是prototype的用法，prototype 是javascript这个语言中最重要的内容。网上有太多的文章介始这个东西了。说白了，prototype就是对一对象进行扩展，其特点在于通过“复制”一个已经存在的实例来返回新的实例,而不是新建实例。被复制的实例就是我们所称的“原型”，这个原型是可定制的（当然，这里没有真正的复制，实际只是委托）。上面的这个例子中，我们扩展了实例Cal，让其有了一个operations的属性和一个calculate的方法。

这样，我们可以通过这一特性来实现继承。还记得我们最最前面的那个Person吧，下面的示例是创建一个Student来继承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;
}

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

//重置构造函数
Student.prototype.constructor = Student;

//重载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",
    "haoel@hotmail.com",
    "http://coolshell.cn",
    "12345678",
    "Computer Science"
);
document.write(me.sayHello());

兼容性

上面的这些代码并不一定能在所有的浏览器下都能运行，因为上面这些代码遵循 ECMAScript 5 的规范，关于ECMAScript 5 的浏览器兼容列表，你可以看这里“ES5浏览器兼容表”。

本文中的所有代码都在Chrome最新版中测试过了。

下面是一些函数，可以用在不兼容ES5的浏览器中：

Object.create()函数

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

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

    return new Dummy(); //等价于Object.create(Person);
}

var me = clone(Person);

defineProperty()函数

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()函数

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

    return result;
}

bject.getPrototypeOf() 函数

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

bind 函数

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) }
}

参考

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

Biegral Blog