你好,我是李兵。
在前面两节中,我们分析了什么是JavaScript中的对象,以及V8内部是怎么存储对象的,本节我们继续深入学习对象,一起来聊聊V8是如何实现JavaScript中对象继承的。
简单地理解,继承就是一个对象可以访问另外一个对象中的属性和方法,比如我有一个B对象,该对象继承了A对象,那么B对象便可以直接访问A对象中的属性和方法,你可以参考下图:
观察上图,因为B继承了A,那么B可以直接使用A中的color属性,就像这个属性是B自带的一样。
不同的语言实现继承的方式是不同的,其中最典型的两种方式是基于类的设计和基于原型继承的设计。
C++、Java、C#这些语言都是基于经典的类继承的设计模式,这种模式最大的特点就是提供了非常复杂的规则,并提供了非常多的关键字,诸如class、friend、protected、private、interface等,通过组合使用这些关键字,就可以实现继承。
使用基于类的继承时,如果业务复杂,那么你需要创建大量的对象,然后需要维护非常复杂的继承关系,这会导致代码过度复杂和臃肿,另外引入了这么多关键字也给设计带来了更大的复杂度。
而JavaScript的继承方式和其他面向对象的继承方式有着很大差别,JavaScript本身不提供一个class 实现。虽然标准委员会在 ES2015/ES6 中引入了 class 关键字,但那只是语法糖,JavaScript 的继承依然和基于类的继承没有一点关系。所以当你看到JavaScript出现了class关键字时,不要以为JavaScript也是面向对象语言了。
JavaScript仅仅在对象中引入了一个原型的属性,就实现了语言的继承机制,基于原型的继承省去了很多基于类继承时的繁文缛节,简洁而优美。
那么,基于原型继承是如何实现的呢?我们参看下图:
有一个对象C,它包含了一个属性“type”,那么对象C是可以直接访问它自己的属性type的,这点毫无疑问。
怎样让C对象像访问自己的属性一样,访问B对象呢?
上节我们从V8的内存快照看到,JavaScript的每个对象都包含了一个隐藏属性__proto__ ,我们就把该隐藏属性__proto__称之为该对象的原型(prototype),__proto__指向了内存中的另外一个对象,我们就把__proto__指向的对象称为该对象的原型对象,那么该对象就可以直接访问其原型对象的方法或者属性。
比如我让C对象的原型指向B对象,那么便可以利用C对象来直接访问B对象中的属性或者方法了,最终的效果如下图所示:
观察上图,当C对象将它的__proto__属性指向了B对象后,那么通过对象C来访问对象B中的name属性时,V8会先从对象C中查找,但是并没有查找到,接下来V8继续在其原型对象B中查找,因为对象B中包含了name属性,那么V8就直接返回对象B中的name属性值,虽然C和B是两个不同的对象,但是使用的时候,B的属性看上去就像是C的属性一样。
同样的方式,B也是一个对象,它也有自己的__proto__属性,比如它的属性指向了内存中另外一块对象A,如下图所示:
从图中可以看到,对象A有个属性是color,那么通过C.color访问color属性时,V8会先在C对象内部查找,但是没有查找到,接着继续在C对象的原型对象B中查找,但是依然没有查找到,那么继续去对象B的原型对象A中查找,因为color在对象A中,那么V8就返回该属性值。
我们看到使用C.name和C.color时,给人的感觉属性name和color都是对象C本身的属性,但实际上这些属性都是位于原型对象上,我们把这个查找属性的路径称为原型链,它像一个链条一样,将几个原型链接了起来。
在这里还要注意一点,不要将原型链接和作用域链搞混淆了,作用域链是沿着函数的作用域一级一级来查找变量的,而原型链是沿着对象的原型一级一级来查找属性的,虽然它们的实现方式是类似的,但是它们的用途是不同的,关于作用域链,我会在《06 | 作用域链:V8是如何查找变量的?》这节课来介绍。
关于继承,还有一种情况,如果我有另外一个对象D,它可以和C共同拥有同一个原型对象B,如下图所示:
因为对象C和对象D的原型都指向了对象B,所以它们共同拥有同一个原型对象,当我通过D去访问name属性或者color属性时,返回的值和使用对象C访问name属性和color属性是一样的,因为它们是同一个数据。
我们再来回顾下继承的概念:继承就是一个对象可以访问另外一个对象中的属性和方法,在JavaScript中,我们通过原型和原型链的方式来实现了继承特性。
通过上面的分析,你可以看到在JavaScript中的继承非常简洁,就是每个对象都有一个原型属性,该属性指向了原型对象,查找属性的时候,JavaScript虚拟机会沿着原型一层一层向上查找,直至找到正确的属性。所以对于JavaScript中的原型继承,你不需要把它想得过度复杂。
了解了JavaScript中的原型和原型链继承之后,下面我们就可以通过一个例子,看看原型是怎么应用在JavaScript中的,你可以先看下面这段代码:
var animal = {
type: "Default",
color: "Default",
getInfo: function () {
return `Type is: ${this.type},color is ${this.color}.`
}
}
var dog = {
type: "Dog",
color: "Black",
}
在这段代码中,我创建了两个对象animal和dog,我想让dog对象继承于animal对象,那么最直接的方式就是将dog的原型指向对象animal,应该怎么操作呢?
我们可以通过设置dog对象中的__proto__属性,将其指向animal,代码是这样的:
dog.__proto__ = animal
设置之后,我们就可以使用dog来调用animal中的getInfo方法了。
dog.getInfo()
你可以尝试调用下,看看输出的内容。在这里留给你一个关于“this”的小思考题:调用dog.getInfo()时,getInfo函数中的this.type和this.color都是什么值?为什么?
还有一点我们要注意,通常隐藏属性是不能使用JavaScript来直接与之交互的。虽然现代浏览器都开了一个口子,让JavaScript可以访问隐藏属性 _proto_,但是在实际项目中,我们不应该直接通过_proto_ 来访问或者修改该属性,其主要原因有两个:
我们之所以在课程中使用 _proto_ 属性,主要是为了方便教学,将其他的一些复杂的概念先抛到一边,这样有利于你循序渐进地掌握我们的课程内容,但是我并不推荐你这么做。那应该怎么去正确地设置对象的原型对象呢?
答案是使用构造函数来创建对象,下面我们就来详细解释这个过程。
比如我们要创建一个dog对象,我可以先创建一个DogFactory的函数,属性通过参数进行传递,在函数体内,通过this设置属性值。代码如下所示:
function DogFactory(type,color){
this.type = type
this.color = color
}
然后再结合关键字“new”就可以创建对象了,创建对象的代码如下所示:
var dog = new DogFactory('Dog','Black')
通过这种方式,我们就把后面的函数称为构造函数,因为通过执行new配合一个函数,JavaScript虚拟机便会返回一个对象。如果你没有详细研究过这个问题,很可能对这种操作感到迷惑,为什么通过new关键字配合一个函数,就会返回一个对象呢?
关于JavaScript为什么要采用这种怪异的写法,我们文章最后再来介绍,先来看看这段代码的深层含义。
其实当V8执行上面这段代码时,V8会在背后悄悄地做了以下几件事情,模拟代码如下所示:
var dog = {}
dog.__proto__ = DogFactory.prototype
DogFactory.call(dog,'Dog','Black')
为了加深你的理解,我画了上面这段代码的执行流程图:
观察上图,我们可以看到执行流程分为三步:
好了,现在我们可以通过构造函数来创建对象了,接下来我们就看看构造函数是如何实现继承的?你可以先看下面这段代码:
function DogFactory(type,color){
this.type = type
this.color = color
//Mammalia
//恒温
this.constant_temperature = 1
}
var dog1 = new DogFactory('Dog','Black')
var dog2 = new DogFactory('Dog','Black')
var dog3 = new DogFactory('Dog','Black')
我利用上面这段代码创建了三个dog对象,每个对象都占用了一块空间,占用空间示意图如下所示:
从图中可以看出来,对象dog1到dog3中的constant_temperature属性都占用了一块空间,但是这是一个通用的属性,表示所有的dog对象都是恒温动物,所以没有必要在每个对象中都为该属性分配一块空间,我们可以将该属性设置公用的。
怎么设置呢?
还记得我们介绍函数时提到关于函数有两个隐藏属性吗?这两个隐藏属性就是name和code,其实函数还有另外一个隐藏属性,那就是prototype,刚才介绍构造函数时我们也提到过。一个函数有以下几个隐藏属性:
每个函数对象中都有一个公开的prototype属性,当你将这个函数作为构造函数来创建一个新的对象时,新创建对象的原型对象就指向了该函数的prototype属性。当然了,如果你只是正常调用该函数,那么prototype属性将不起作用。
现在我们知道了新对象的原型对象指向了构造函数的prototype属性,当你通过一个构造函数创建多个对象的时候,这几个对象的原型都指向了该函数的prototype属性,如下图所示:
这时候我们可以将constant_temperature属性添加到DogFactory的prototype属性上,代码如下所示:
function DogFactory(type,color){
this.type = type
this.color = color
//Mammalia
}
DogFactory. prototype.constant_temperature = 1
var dog1 = new DogFactory('Dog','Black')
var dog2 = new DogFactory('Dog','Black')
var dog3 = new DogFactory('Dog','Black')
这样我们三个dog对象的原型对象都指向了prototype,而prototype又包含了constant_temperature属性,这就是我们实现继承的正确方式。
现在我们知道new关键字结合构造函数,就能生成一个对象,不过这种方式很怪异,为什么要这样呢?要了解这背后的原因,我们需要了解一段关于关于JavaScript的历史。
JavaScript是Brendan Eich发明的,那是个“战乱”的时代,各种大公司相互争霸,有Sun、微软、网景、甲骨文等公司,它们都有推出自己的语言,其中最炙手可热的编程语言是Sun的Java,而JavaScript就是这个时候诞生的。当时创造JavaScript的目的仅仅是为了让浏览器页面可以动起来,所以尽可能采用简化的方式来设计JavaScript,所以本质上来说,Java和JavaScript的关系就像雷锋和雷峰塔的关系。
那么之所以叫JavaScript是出于市场原因考量的,因为一门新的语言需要吸引新的开发者,而当时最大的开发者群体就是Java,于是JavaScript就蹭了Java的热度,事后,这一招被证明的确有效果。
虽然叫JavaScript,但是其编程方式和Java比起来,依然存在着非常大的差异,其中Java中使用最频繁的代码就是创建一个对象,如下所示:
CreateInstance instance = new CreateInstance();
当时JavaScript并没有使用这种方式来创建对象,因为JavaScript中的对象和Java中的对象是完全不一样的,因此,完全没有必要使用关键字new来创建一个新对象的,但是为了进一步吸引Java程序员,依然需要在语法层面去蹭Java热点,所以JavaScript中就被硬生生地强制加入了非常不协调的关键字new,然后使用new来创造对象就变成这样了:
var bar = new Foo()
Java程序员看到这段代码时,当然会感到倍感亲切,觉得Java和JavaScript非常相似,那么使用JavaScript也就天经地义了。不过代码形式只是表象,其背后原理是完全不同的。
了解了这段历史之后,我们知道JavaScript的new关键字设计并不合理,但是站在市场角度来说,它的出现又是非常成功的,成功地推广了JavaScript。
好了,今天的主要内容就介绍到这里,下面我们来回顾下。
今天我们的主要目的是介绍清楚JavaScript中的继承机制,这涉及到了原型继承机制,虽然基于原型的继承机制本身比较简单,但是在JavaScript中,这是通过关键字new加上构造函数来体现的。这种方式非常绕,且不符合人的直觉,如果直接上来就介绍new加构造函数是怎么工作的,可能会把你给绕晕了。
于是我先通过每个对象中都有的隐含属性__proto__,来介绍了什么是原型和原型链。V8为每个对象都设置了一个__proto__属性,该属性直接指向了该对象的原型对象,原型对象也有自己的__proto__属性,这些属性串连在一起就成了原型链。
不过在JavaScript中,并不建议直接使用__proto__属性,主要有两个原因。
所以,在JavaScript中,是使用new加上构造函数的这种组合来创建对象和实现对象的继承。不过使用这种方式隐含的语义过于隐晦,所以理解起来有点难度。
为什么JavaScript中要使用这种怪异的方式来创建对象?为了理解这个问题,我们回顾了一段JavaScript的历史。由于当前的Java非常流行,基于市场推广的考虑,JavaScript采取了蹭Java热度的策略,在语言命名上使用了Java字样,在语法形式上也模仿了Java。事实上通过这些策略,确实为JavaScript带来了市场上的成功。不过你依然要记住,JavaScript和Java是完全两种不同的语言。
我们知道函数也是一个对象,所以函数也有自己的__proto__属性,那么今天留给你的思考题是:DogFactory是一个函数,那么“DogFactory.prototype”和“DogFactory._proto_”这两个属性之间有关联吗?欢迎你在留言区与我分享讨论。
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