JavaScript 面向对象程序设计(下)——继承与多态

前面我们讨论了如何在 JavaScript 语言中实现对私有实例成员、公有实例成员、私有静态成员、公有静态成员和静态类的封装。这次我们来讨论一下面向对象程序设计中的另外两个要素:继承与多态。

1 又是几个基本概念

为什么要说又呢?

在讨论继承时,我们已经列出了一些基本概念了,那些概念是跟封装密切相关的概念,今天我们要讨论的基本概念,主要是跟继承与多态相关的,但是它们跟封装也有一些联系。

1.1 定义和赋值

变量定义是指用

var a;

这种形式来声明变量。

函数定义是指用

function a(...) {...}

这种形式来声明函数。

var a = 1;

是两个过程。第一个过程是定义变量 a,第二个过程是给变量 a 赋值。

同样

var a = function(...) {};

也是两个过程,第一个过程是定义变量 a 和一个匿名函数,第二个过程是把匿名函数赋值给变量 a。

变量定义和函数定义是在整个脚本执行之前完成的,而变量赋值是在执行阶段完成的。

变量定义的作用仅仅是给所声明的变量指明它的作用域,变量定义并不给变量初始值,任何没有定义的而直接使用的变量,或者定义但没有赋值的变量,他们的值都是 undefined。

函数定义除了声明函数所在的作用域外,同时还定义函数体结构。这个过程是递归的,也就是说,对函数体的定义包括了对函数体内的变量定义和函数定义。

通过下面这个例子我们可以更明确的理解这一点:

alert(a);
alert(b);
alert(c);
var a = "a";
function a() {}
function b() {}
var b = "b";
var c = "c";
var c = function() {}
alert(a);
alert(b);
alert(c);

猜猜这个程序执行的结果是什么?然后执行一下看看是不是跟你想的一样,如果跟你想的一样的话,那说明你已经理解上面所说的了。

这段程序的结果很有意思,虽然第一个 alert(a) 在最前面,但是你会发现它输出的值竟然是 function a() {},这说明,函数定义确实在整个程序执行之前就已经完成了。

再来看 b,函数 b 定义在变量 b 之前,但是第一个 alert(b) 输出的仍然是 function b() {},这说明,变量定义确实不对变量做什么,仅仅是声明它的作用域而已,它不会覆盖函数定义。

最后看 c,第一个 alert(c) 输出的是 undefined,这说明 var c = function() {} 不是对函数 c 定义,仅仅是定义一个变量 c 和一个匿名函数。

再来看第二个 alert(a),你会发现输出的竟然是 a,这说明赋值语句确实是在执行过程中完成的,因此,它覆盖了函数 a 的定义。

第二个 alert(b) 当然也一样,输出的是 b,这说明不管赋值语句写在函数定义之前还是函数定义之后,对一个跟函数同名的变量赋值总会覆盖函数定义。

第二个 alert(c) 输出的是 function() {},这说明,赋值语句是顺序执行的,后面的赋值覆盖了前面的赋值,不管赋的值是函数还是其它对象。

理解了上面所说的内容,我想你应该知道什么时候该用 function x(..) {…},什么时候该用 var x = function (…) {…} 了吧?

最后还要提醒一点,eval 中的如果出现变量定义和函数定义,则它们是在执行阶段完成的。所以,不到万不得已,不要用 eval!另外,即使要用 eval,也不要在里面用局部变量和局部方法!

1.2 this 和执行上下文

在前面讨论封装时,我们已经接触过 this 了。在对封装的讨论中,我们看到的 this 都是表示 this 所在的类的实例化对象本身。真的是这样吗?

先看一下下面的例子吧:

var x = "I'm a global variable!";
function method() {
    alert(x);
    alert(this.x);
}
function class1() {
// private field
var x = "I'm a private variable!";
// private method
function method1() {
        alert(x);
        alert(this.x);
    }
var method2 = method;
// public field
this.x = "I'm a object variable!";
// public method
this.method1 = function() {
        alert(x);
        alert(this.x);
    }
this.method2 = method;
// constructor
{
this.method1();     // I'm a private variable!
// I'm a object variable!
this.method2();     // I'm a global variable!
// I'm a object variable!
        method1();          // I'm a private variable!
// I'm a global variable!
        method2();          // I'm a global variable!
// I'm a global variable!
        method1.call(this); // I'm a private variable!
// I'm a object variable!
        method2.call(this); // I'm a global variable!
// I'm a object variable!
    }
}

var o = new class1();
method();       // I'm a global variable!
// I'm a global variable!
o.method1();    // I'm a private variable!
// I'm a object variable!
o.method2();    // I'm a global variable!
// I'm a object variable!

为什么是这样的结果呢?

那就先来看看什么是执行上下文吧。那什么是执行上下文呢?

如果当前正在执行的是一个方法,则执行上下文就是该方法所附属的对象,如果当前正在执行的是一个创建对象(就是通过 new 来创建)的过程,则创建的对象就是执行上下文。

如果一个方法在执行时没有明确的附属于一个对象,则它的执行上下文是全局对象(顶级对象),但它不一定附属于全局对象。全局对象由当前环境来决定。在浏览器环境下,全局对象就是 window 对象。

定义在所有函数之外的全局变量和全局函数附属于全局对象,定义在函数内的局部变量和局部函数不附属于任何对象。

那执行上下文跟变量作用域有没有关系呢?

执行上下文与变量作用域是不同的。

一个函数赋值给另一个变量时,这个函数的内部所使用的变量的作用域不会改变,但它的执行上下文会变为这个变量所附属的对象(如果这个变量有附属对象的话)。

Function 原型上的 call 和 apply 方法可以改变执行上下文,但是同样不会改变变量作用域。

要理解上面这些话,其实只需要记住一点:

变量作用域是在定义时就确定的,它永远不会变;而执行上下文是在执行时才确定的,它随时可以变。

这样我们就不难理解上面那个例子了。this.method1() 这条语句(注意,这里说的还没有进入这个函数体)执行时,正在创建对象,那当前的执行上下文就是这个正在创建的对象,所以 this 指向的也是当前正在创建的对象,在 this.method1() 这个方法执行时(这里是指进入函数体),这个正在执行的方法所附属的对象也是这个正在创建的对象,所以,它里面 this.x 的 this 也是同一个对象,所以你看的输出就是 I’m a object variable! 了。

而在执行 method1() 这个函数时(是指进入函数体后),method1() 没有明确的附属于一个对象,虽然它是定义在 class1 中的,但是他并没有不是附属于 class1 的,也不是附属于 class1 实例化后的对象的,只是它的作用域被限制在了 class1 当中。因此,它的附属对象实际上是全局对象,因此,当在它当中执行到 alert(this.x) 时,this.x 就成了我们在全局环境下定义的那个值为 “I’m a global variable!” 的 x 了。

method2() 虽然是在 class1 中定义的,但是 method() 是在 class1 之外定义的,method 被赋值给 method2 时,并没有改变 method 的作用域,所以,在 method2 执行时,仍然是在 method 被定义的作用域内执行的,因此,你看到的就是两个 I’m a global variable! 输出了。同样,this.method2() 调用时,alert(x) 输出 I’m a global variable! 也是这个原因。

因为 call 会改变执行上下文,所以通过 method1.call(this) 和 method2.call(this) 时,this.x 都变成了 I’m a object variable!。但是它不能改变作用域,所以 x 仍然跟不使用 call 方法调用时的结果是一样的。

而我们后面执行 o.method1() 时,alert(x) 没有用 this 指出 x 的执行上下文,则 x 表示当前执行的函数所在的作用域中最近定义的变量,因此,这时输出的就是 I’m a private variable!。最后输出 I’m a object variable! 我想不用我说大家也知道为什么了吧?:D

2 继承和多态

2.1 从封装开始

前面我们说了,封装的目的是实现数据隐藏。

但是更深一层来说,在 javascript 中进行封装还有以下几个好处:

1、隐身实现细节,当私有部分的实现完全重写时,并不需要改变调用者的行为。这也是其它面向对象语言要实现封装的主要目的。

2、javascript 中,局部变量和局部函数访问速度更快,因此把私有字段以局部变量来封装,把私有方法以局部方法来封装可以提高脚本的执行效率。

3、对于 javascript 压缩混淆器(据我所知,目前最好的 javascript 分析、压缩、混淆器就是 JSA)来说,局部变量和局部函数名都是可以被替换的,而全局变量和全局函数名是不可以被替换的(实际上,对于 javascript 脚本解析器工作时也是这样的)。因此,不论对于开源还是非开源的 javascript 程序,当私有字段和私有方法使用封装技术后,编写代码时就可以给它们定义足够长的表意名称,增加代码的可读性,而发布时,它们可以被替换为一些很短的名称(一般是单字符名称),这样就可以得到充分的压缩和混淆。及减少了带宽占用,又可以真正实现细节的隐藏。

所以,封装对于 javascript 来说,是非常有用的!

那么在 javascript 实现继承是为了什么呢?

2.2 为什么要继承

在其它面向对象程序设计语言中,继承除了可以减少重复代码的编写外,最大的用处就是为了实现多态。尤其是在强类型语言中,尤为如此:

1、在强类型语言中,一个变量不能够被赋予不同类型的两个值,除非这两种类型与这个变量的类型是相容的,而这个相容的关系就是由继承来实现的。

2、在强类型语言中,对一个已有的类型无法直接进行方法的扩充和改写,要扩充一个类型,唯一的方法就是继承它,在它的子类中进行扩充和改写。

因此,对于强类型的面向对象语言,多态的实现是依赖于继承的实现的。

而对于 javascript 语言来说,继承对于实现多态则显得不那么重要:

1、在 javascript 语言中,一个变量可以被赋予任何类型的值,且可以用同样的方式调用任何类型的对象上的同名方法。

2、在 javascript 语言中,可以对已有的类型通过原型直接进行方法的扩充和改写。

所以,在 javascript 中,继承的主要作用就是为了减少重复代码的编写。

接下来我们要谈的两种实现继承的方法可能大家已经都很熟悉了,一种是原型继承法,一种是调用继承法,这两种方法都不会产生副作用。我们主要讨论的是这两种方法的本质和需要注意的地方。

2.3 原型继承法

在 javascript 中,每一个类(函数)都有一个原型,该原型上的成员在该类实例化时,会传给该类的实例化对象。实例化的对象上没有原型,但是它可以作为另一个类(函数)的原型,当以该对象为原型的类实例化时,该对象上的成员就会传给以它为原型的类的实例化对象上。这就是原型继承的本质。

原型继承也是 javascript 中许多原生对象所使用的继承方法。

function parentClass() {
// private field
var x = "I'm a parentClass field!";
// private method
function method1() {
        alert(x);
        alert("I'm a parentClass method!");
    }
// public field
this.x = "I'm a parentClass object field!";
// public method
this.method1 = function() {
        alert(x);
        alert(this.x);
        method1();
    }
}
parentClass.prototype.method = function () {
    alert("I'm a parentClass prototype method!");
}
parentClass.staticMethod = function () {
    alert("I'm a parentClass static method!");
}

function subClass() {
// private field
var x = "I'm a subClass field!";
// private method
function method2() {
        alert(x);
        alert("I'm a subClass method!");
    }
// public field
this.x = "I'm a subClass object field!";
// public method
this.method2 = function() {
        alert(x);
        alert(this.x);
        method2();
    }
this.method3 = function() {
        method1();
    }
}

// inherit
subClass.prototype = new parentClass();
subClass.prototype.constructor = subClass;

// test
var o = new subClass();

alert(o instanceof parentClass);    // true
alert(o instanceof subClass);       // true

alert(o.constructor);  // function subClass() {...}

o.method1();    // I'm a parentClass field!
// I'm a subClass object field!
// I'm a parentClass field!
// I'm a parentClass method!
o.method2();    // I'm a subClass field!
// I'm a subClass object field!
// I'm a subClass field!
// I'm a subClass method!
o.method();     // I'm a parentClass prototype method!

o.method3();               // Error!!!
subClass.staticMethod();   // Error!!!

上面这个例子很好的反映出了如何利用原型继承法来实现继承。

利用原型继承的关键有两步操作:

首先创建一个父类的实例化对象,然后将该对象赋给子类的 prototype 属性。

这样,父类中的所有公有实例成员都会被子类继承。并且用 instanceof 运算符判断时,子类的实例化对象既属于子类,也属于父类。

然后将子类本身赋值给它的 prototype 的 constructor 属性。(注意:这里赋值的时候是没有 () 的!)

这一步是为了保证在查看子类的实例化对象的 constructor 属性时,看到的是子类的定义,而不是其父类的定义。

接下来,通过对 o.method1() 调用的结果我们会看到,子类继承来的公有实例方法中,如果调用了私有实例字段或者私有实例方法,则所调用的这些私有实例成员是属于父类的。

同样,通过对 o.method2() 调用的结果我们看到,子类中定义的实例方法,如果调用了私有实例字段或者私有实例方法,则所调用的这些私有实例成员是属于子类的。

通过对 o.method() 调用的结果我们看到,定义在父类原型上的方法,会被子类继承。

通过对 o.method3() 调用的结果我们看到,子类中定义的实例方法是不能访问父类中定义的私有实例成员的。

最后,通过对 subClass.staticMethod() 调用的结果我们看到,静态成员是不会被继承的。

2.4 调用继承法

调用继承的本质是,在子类的构造器中,让父类的构造器方法在子类的执行上下文上执行,父类构造器方法上所有通过 this 方式操作的内容实际上都都是操作的子类的实例化对象上的内容。因此,这种做法仅仅为了减少重复代码的编写。

function parentClass() {
// private field
var x = "I'm a parentClass field!";
// private method
function method1() {
        alert(x);
        alert("I'm a parentClass method!");
    }
// public field
this.x = "I'm a parentClass object field!";
// public method
this.method1 = function() {
        alert(x);
        alert(this.x);
        method1();
    }
}
parentClass.prototype.method = function () {
    alert("I'm a parentClass prototype method!");
}

parentClass.staticMethod = function () {
    alert("I'm a parentClass static method!");
}

function subClass() {
// inherit
    parentClass.call(this);

// private field
var x = "I'm a subClass field!";
// private method
function method2() {
        alert(x);
        alert("I'm a subClass method!");
    }
// public field
this.x = "I'm a subClass object field!";
// public method
this.method2 = function() {
        alert(x);
        alert(this.x);
        method2();
    }
this.method3 = function() {
        method1();
    }
}

// test
var o = new subClass();

alert(o instanceof parentClass);    // false
alert(o instanceof subClass);       // true

alert(o.constructor);  // function subClass() {...}

o.method1();    // I'm a parentClass field!
// I'm a subClass object field!
// I'm a parentClass field!
// I'm a parentClass method!
o.method2();    // I'm a subClass field!
// I'm a subClass object field!
// I'm a subClass field!
// I'm a subClass method!

o.method();                // Error!!!
o.method3();               // Error!!!
subClass.staticMethod();   // Error!!!

上面这个例子很好的反映出了如何利用调用继承法来实现继承。

利用调用继承的关键只有一步操作:

就是在子类定义时,通过父类的 call 方法,将子类的 this 指针传入。使父类方法在子类上下文中执行。

这样,父类中的所有在父类内部通过 this 方式定义的公有实例成员都会被子类继承。

用 instanceof 运算符判断时,子类的实例化对象只属于子类,不属于父类。

查看子类的实例化对象的 constructor 属性时,看到的是子类的定义,不是其父类的定义。

接下来,通过对 o.method1() 和 o.method2() 调用的结果跟原型继承法的调用结果是相同的,所说明的问题也是一样的,这里不再重复。

通过对 o.method() 调用的结果我们看到,定义在父类原型上的方法,不会被子类继承。

通过对 o.method3() 调用的结果我们看到,子类中定义的实例方法同样不能访问父类中定义的私有实例成员的。

最后,通过对 subClass.staticMethod() 调用的结果我们看到,静态成员同样不会被继承的。

最后,还有一点,在这个例子中没有体现出来,就是通过调用继承法,可以实现多继承。也就是说,一个子类可以从多个父类中继承通过 this 方式定义在父类内部的所有公有实例成员。

作为一种弱类型语言,javascript 提供了丰富的多态性,javascript 的多态性是其它强类型面向对象语言所不能比的。

多态

重载和覆盖

先来说明一下重载和覆盖的区别。重载的英文是 overload,覆盖的英文是 override。发现网上大多数人把 override 当成了重载,这个是不对的。重载和覆盖是有区别的。

重载的意思是,同一个名字的函数(注意这里包括函数)或方法可以有多个实现,他们依靠参数的类型和(或)参数的个数来区分识别。

而覆盖的意思是,子类中可以定义与父类中同名,并且参数类型和个数也相同的方法,这些方法的定义后,在子类的实例化对象中,父类中继承的这些同名方法将被隐藏。

重载

javascript 中函数的参数是没有类型的,并且参数个数也是任意的,例如,尽管你可以定义一个:

function add(a, b) {
return a + b;
}

这样的函数,但是你仍然可以再调用它是带入任意多个参数,当然,参数类型也是任意的。至于是否出错,那是这个函数中所执行的内容来决定的,javascript 并不根据你指定的参数个数和参数类型来判断你调用的是哪个函数。

因此,要定义重载方法,就不能像强类型语言中那样做了。但是你仍然可以实现重载。就是通过函数的 arguments 属性。例如:

function add() {
var sum = 0;
for (var i = 0; i < arguments.length; i++) {
        sum += arguments[i];
    }
return sum;
}

这样你就实现了任意多个参数加法函数的重载了。

当然,你还可以在函数中通过 instanceof 或者 constructor 来判断每个参数的类型,来决定后面执行什么操作,实现更为复杂的函数或方法重载。总之,javascript 的重载,是在函数中由用户自己通过操作 arguments 这个属性来实现的。

覆盖

实现覆盖也很容易,例如:

function parentClass() {
this.method = function() {
        alert("parentClass method");
    }
}
function subClass() {
this.method = function() {
        alert("subClass method");
    }
}
subClass.prototype = new parentClass();
subClass.prototype.constructor = subClass;

var o = new subClass();
o.method();

这样,子类中定义的 method 就覆盖了从父类中继承来的 method 方法了。

你可能会说,这样子覆盖是不错,但 java 中,覆盖的方法里面可以调用被覆盖的方法(父类的方法),在这里怎么实现呢?也很容易,而且比 java 中还要灵活,java 中限制,你只能在覆盖被覆盖方法的方法中才能使用 super 来调用次被覆盖的方法。我们不但可以实现这点,而且还可以让子类中所有的方法中都可以调用父类中被覆盖的方法。看下面的例子:

  1. function parentClass() {
    this.method = function() {
            alert("parentClass method");
        }
    }
    function subClass() {
    var method = this.method;
    this.method = function() {
            method.call(this);
            alert("subClass method");
        }
    }
    subClass.prototype = new parentClass();
    subClass.prototype.constructor = subClass;

    var o = new subClass();
    o.method();

你会发现,原来这么简单,只要在定义覆盖方法前,定义一个私有变量,然后把父类中定义的将要被覆盖的方法赋给它,然后我们就可以在后面继续调用它了,而且这个是这个方法是私有的,对于子类的对象是不可见的。这样跟其它高级语言实现的覆盖就一致了。

最后需要注意,我们在覆盖方法中调用这个方法时,需要用 call 方法来改变执行上下文为 this(虽然在这个例子中没有必要),如果直接调用这个方法,执行上下文就会变成全局对象了。

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