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資訊專欄INFORMATION COLUMN

編寫高質(zhì)量JavaScript代碼之對象和原型

sourcenode / 650人閱讀

摘要:類是由一個構(gòu)造函數(shù)和一個關(guān)聯(lián)的原型組成的一種設(shè)計(jì)模式。該模式的一個缺點(diǎn)是,為了讓構(gòu)造函數(shù)中的變量在使用它們的方法的作用域內(nèi),這些方法必須放置于實(shí)例對象中,這會導(dǎo)致方法副本的擴(kuò)散。

參考書籍:《Effective JavaScript》

對象和原型 理解prototype、getPrototypeOf和__proto__之間的不同

原型包括三個獨(dú)立但相關(guān)的訪問器。

C.prototype用于建立由new C()創(chuàng)建的對象的原型。

Object.getPrototypeOf(obj)是ES5中用來獲取obj對象的原型對象的標(biāo)準(zhǔn)方法。

obj.__proto__是獲取obj對象的原型對象的非標(biāo)準(zhǔn)方法。

function User(name, passwordHash) {
    this.name = name;
    this.passwordHash = passwordHash;
}

User.prototype.toString = function () {
    return "[User " + this.name + "]";
};

User.prototype.checkPassword = function (password) {
    return hash(password) === this.passwordHash;
}

var u = new User("sfalken", "0ef33ae791068ec64b502d6cb0191387");

User函數(shù)帶有一個默認(rèn)的prototype屬性,其包含一個開始幾乎為空的對象。當(dāng)我們使用new操作符創(chuàng)建User的實(shí)例時,產(chǎn)生的對象u得到了自動分配的原型對象,該原型對象被存儲在User.prototype中。

Object.getPrototypeOf(u) === User.prototype; // true
u.__proto__ === User.prototype; // true

提示:

C.prototype屬性是new C()創(chuàng)建的對象的原型。

Object.getPrototypeOf(obj)是ES5中檢索對象原型的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。

Obj.__proto__是檢索對象原型的非標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。

類是由一個構(gòu)造函數(shù)和一個關(guān)聯(lián)的原型組成的一種設(shè)計(jì)模式。

使用Object.getPrototypeOf函數(shù)而不要使用__proto__屬性

__proto__屬性提供了Object.getPrototypeOf方法所不具備的額外能力,即修改對象原型鏈接的能力。這種能力會造成嚴(yán)重的影響,應(yīng)當(dāng)避免使用,原因如下:

可移植性:并不是所有的平臺都支持改變對象原型的特性,所以無法編寫可移植的代碼。

性能問題:現(xiàn)代的JavaScript引擎痘深度優(yōu)化了獲取和設(shè)置對象屬性的行為,如更改了對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如添加或刪除該對象或其原型鏈中的對象的屬性)會使一些優(yōu)化失效。

可預(yù)測性:修改對象的原型鏈會影響對象的整個繼承層次結(jié)構(gòu),在某些情況下這樣的操作可能有用,但是保持繼承層次結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定是一個基本的準(zhǔn)則。

可以使用ES5中的Object.create函數(shù)來創(chuàng)建一個具有自定義原型鏈的新對象。

提示:

始終不要修改對象的__proto__屬性。

使用Object.create函數(shù)給新對象設(shè)置自定義的原型。

使構(gòu)造函數(shù)與new操作符無關(guān)
function User(name, passwordHash) {
    this.name = name;
    this.passwordHash = passwordHash;
}

var u = User("baravelli", "d8b74df393528d51cd19980ae0aa028e");
u; // undefined
this.name; // baravelli
this.passwordHash; // d8b74df393528d51cd19980ae0aa028e

如果調(diào)用者忘記使用new關(guān)鍵字,該函數(shù)不但會返回?zé)o意義的undefined,而且會創(chuàng)建(如果這些全局變量已經(jīng)存在則會修改)全局變量name和passwordHash。

如果將User函數(shù)定義為ES5的嚴(yán)格代碼,那么它的接收者默認(rèn)為undefined。

function User(name, passwordHash) {
    "use strict";

    this.name = name;
    this.passwordHash = passwordHash;
}

var u = User("baravelli", "d8b74df393528d51cd19980ae0aa028e"); // Uncaught TypeError: Cannot set property "name" of undefined

一個更為健壯的方式是提供一個不管怎么調(diào)用都工作如構(gòu)造函數(shù)的函數(shù)。

function User(name, passwordHash) {
    if (!this instanceof User) {
        return new User(name, passwordHash);
    }

    this.name = name;
    this.passwordHash = passwordHash;
}

var x = User("baravelli", "d8b74df393528d51cd19980ae0aa028e"); 
var y = new User("baravelli", "d8b74df393528d51cd19980ae0aa028e"); 
x instanceof User; // true
y instanceof User; // true

上述模式的一個缺點(diǎn)是它需要額外的函數(shù)調(diào)用,且難適用于可變參數(shù)函數(shù),因?yàn)闆]有一種模擬apply方法將可變參數(shù)函數(shù)作為構(gòu)造函數(shù)調(diào)用的方式。

一種更為奇異的方式是利用ES5的Object.create函數(shù)。

function User(name, passwordHash) {
    var self = this instanceof User ? this : Object.create(User.prototype);

    self.name = name;
    self.passwordHash = passwordHash;

    return self;
}

Object.create需要一個原型對象作為參數(shù),并返回一個繼承自原型對象的新對象。

多虧了構(gòu)造函數(shù)覆蓋模式,使用new操作符調(diào)用上述User函數(shù)的行為與以函數(shù)調(diào)用它的行為是一樣的,這能工作完全得益于JavaScript允許new表達(dá)式的結(jié)果可以被構(gòu)造函數(shù)的顯示return語句所覆蓋

提示:

通過使用new操作符或Object.create方法在構(gòu)造函數(shù)定義中調(diào)用自身使得該構(gòu)造函數(shù)與調(diào)用語法無關(guān)。

當(dāng)一個函數(shù)期望使用new操作符調(diào)用時,清晰地文檔化該函數(shù)。

在原型中存儲方法

JavaScript完全有可能不借助原型進(jìn)行編程。

function User(name, passwordHash) {
    this.name = name;
    this.passwordHash = passwordHash;
    this.toString = function () {
        return "User " + this.name + "]";
    };
    this.checkPassword = function (password) {
        return hash(password) === this.passwordHash;
    }
} 

var u1 = new User(/* ... */);
var u2 = new User(/* ... */);
var u3 = new User(/* ... */);

上述代碼中的每個實(shí)例都包含toString和checkPassword方法的副本,而不是通過原型共享這些方法。

將方法存儲在原型,使其可以被所有的實(shí)例使用,而不需要存儲方法實(shí)現(xiàn)的多個副本,也不需要給每個實(shí)例對象增加額外的屬性。

同時,現(xiàn)代的JavaScript引擎深度優(yōu)化了原型查找,所以將方法復(fù)制到實(shí)例對象并不一定保證查找的速度有明顯的提升,而且實(shí)例方法比起原型方法肯定會占用更多的內(nèi)存。

提示:

將方法存儲在實(shí)例對象中會創(chuàng)建該函數(shù)的多個副本,因?yàn)槊總€實(shí)例對象都有一份副本。

將方法存儲于原型中優(yōu)于存儲在實(shí)例對象中。

使用閉包存儲私有數(shù)據(jù)

任意一段程序都可以簡單地通過訪問JavaScript對象的屬性名來獲取相應(yīng)地對象屬性,例如for in循環(huán)、ES5的Object.keys函數(shù)和Object.getOwnPropertyNames函數(shù)。

一些程序員使用命名規(guī)范給私有屬性前置或后置一個下劃線字符_。

然而實(shí)際上,一些程序需要更高程度的信息隱藏。

對于這種情形,JavaScript為信息隱藏提供了閉包。閉包將數(shù)據(jù)存儲到封閉的變量中而不提供對這些變量的直接訪問,獲取閉包內(nèi)部結(jié)構(gòu)的唯一方式是該函數(shù)顯式地提供獲取它的途徑。

利用這一特性在對象中存儲真正的私有數(shù)據(jù)。不是將數(shù)據(jù)作為對象的屬性來存儲,而是在構(gòu)造函數(shù)中以變量的方式存儲它。

function User(name, passwordHash) {
    this.toString = function () {
        return "[User " + name + "]";
    };
    this.checkPassword = function (password) {
        return hash(password) === passwordHash;
    } 
}

上述代碼的toString和checkPassword方法是以變量的方式來引用name和passwordHash變量的,而不是以this屬性的方式來引用,User的實(shí)例不包含任何實(shí)例屬性,因此外部的代碼不能直接訪問User實(shí)例的name和passwordHash變量。

該模式的一個缺點(diǎn)是,為了讓構(gòu)造函數(shù)中的變量在使用它們的方法的作用域內(nèi),這些方法必須放置于實(shí)例對象中,這會導(dǎo)致方法副本的擴(kuò)散。

提示:

閉包變量是私有的,只能通過局部的引用獲取。

將局部變量作為私有數(shù)據(jù)從而通過方法實(shí)現(xiàn)信息隱藏。

只將實(shí)例狀態(tài)存儲在實(shí)例對象中

一種錯誤的做法是不小心將每個實(shí)例的數(shù)據(jù)存儲到了其原型中。

function Tree(x) {
    this.value = x;
}

Tree.prototype = {
    children: [], // should be instance state!
    addChild: function(x) {
        this.children.push(x);
    }
};

var left = new Tree(2);
left.addChild(1);
left.addChild(3);

var right = new Tree(6);
right.addChild(5);
right.addChild(7);

var top = new Tree(4);
top.addChild(left);
top.addChild(right);

top.children; // [1, 3, 5, 7, left, right]

每次調(diào)用addChild方法,都會將值添加到Tree.prototype.children數(shù)組中。

實(shí)現(xiàn)Tree類的正確方式是為每個實(shí)例對象創(chuàng)建一個多帶帶的children數(shù)組。

function Tree(x) {
    this.value = x;
    this.children = []; // instance state
}

Tree.prototype = {
    addChild: function(x) {
        this.children.push(x);
    }
};

一般情況下,任何不可變的數(shù)據(jù)可以被存儲在原型中從而被安全地共享。有狀態(tài)的數(shù)據(jù)原則上也可以存儲在原型中,只要你真正想共享它。然而迄今為止,在原型對象中最常見的數(shù)據(jù)是方法,而每個實(shí)例的狀態(tài)都存儲在實(shí)例對象中。

提示:

共享可變數(shù)據(jù)可能會出問題,因?yàn)樵褪潜黄渌械膶?shí)例共享的。

將可變的實(shí)例狀態(tài)存儲在實(shí)例對象中。

認(rèn)識到this變量的隱式綁定問題

編寫一個簡單的、可定制的讀取CSV(逗號分隔型取值)數(shù)據(jù)的類。

function CSVReader(separators) {
    this.separators = separators || [","];
    this.regexp = new RegExp(this.separators.map(function (sep) {
        return "" + sep[0];
    }).join("|"));
}

實(shí)現(xiàn)一個簡單的read方法可以分為兩步來處理。第一步,將輸入的字符串分為按行劃分的數(shù)組。第二步,將數(shù)組的每一行再分為按單元格劃分的數(shù)組。結(jié)果獲得一個二維的字符串?dāng)?shù)組。

CSVReader.prototype.read = function (str) {
    var lines = str.trim().split(/
/);
    return lines.map(function (line) {
        return line.split(this.regexp);
    });
};

var reader = new CSVReader();
reader.read("a, b, c
d, e, f
"); // [["a, b, c"], ["d, e, f"]]

上述代碼的bug是,傳遞給line.map的回調(diào)函數(shù)引用的this指向的是window,因此,this.regexp產(chǎn)生undefined值。

備注:"a, b, c".split(undefined)返回["a, b, c"]

幸運(yùn)的是,數(shù)組的map方法可以傳入一個可選的參數(shù)作為其回調(diào)函數(shù)的this綁定。

CSVReader.prototype.read = function (str) {
    var lines = str.trim().split(/
/);
    return lines.map(function (line) {
        return line.split(this.regexp);
    }, this);
};

var reader = new CSVReader();
reader.read("a, b, c
d, e, f
"); // [["a", "b", "c"], ["d", "e", "f"]]

但是,不是所有基于回調(diào)函數(shù)的API都考慮周全。另一種解決方案是使用詞法作用域的變量來存儲這個額外的外部this綁定的引用。

CSVReader.prototype.read = function (str) {
    var lines = str.trim().split(/
/);
    var self = this; // save a reference to outer this-binding
    return lines.map(function (line) {
        return line.split(this.regexp);
    });
};

var reader = new CSVReader();
reader.read("a, b, c
d, e, f
"); // [["a", "b", "c"], ["d", "e", "f"]]

在ES5的環(huán)境中,另一種有效的方法是使用回調(diào)函數(shù)的bind方法。

CSVReader.prototype.read = function (str) {
    var lines = str.trim().split(/
/);
    return lines.map(function (line) {
        return line.split(this.regexp);
    }.bind(this)); // bind to outer this-binding
};

var reader = new CSVReader();
reader.read("a, b, c
d, e, f
"); // [["a", "b", "c"], ["d", "e", "f"]]

提示:

this變量的作用域總是由其最近的封閉函數(shù)所確定。

使用一個局部變量(通常命名為self、me或that)使得this綁定對于內(nèi)部函數(shù)是可用的。

在子類的構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)

場景圖(scene graph)是在可視化的程序中(如游戲或圖形仿真場景)描述一個場景的對象集合。一個簡單的場景包含了在該場景中的所有對象(稱為角色),以及所有角色的預(yù)加載圖像數(shù)據(jù)集,還包含一個底層圖形顯示的引用(通常被稱為context)。

function Scene(context, width, height, images) {
    this.context = context;
    this.width = width;
    this.height = height;
    this.images = images;
    this.actors = [];
}

Scene.prototype.register = function (actor) {
    this.actors.push(actor);
};

Scene.prototype.unregister = function (actor) {
    var i = this.actors.indexOf(actor);
    
    if (i >= 0) {
        this.actors.splice(i, 1);
    }
};

Scene.prototype.draw = function () {
    this.context.clearRect(0, 0, this.width, this.height);
    
    for (var a = this.actors, i = 0, n = a.length; i < n; i++) {
        a[i].draw();
    }
};

場景中的所有角色都繼承自基類Actor。

function Actor(scene, x, y) {
    this.scene = scene;
    this.x = x;
    this.y = y;
    scene.register(this);
}

Actor.prototype.moveTo = function (x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.scene.draw();
};

Actor.prototype.exit = function() {
    this.scene.unregister(this);
    this.scene.draw();
};

Actor.prototype.draw = function () {
    var image = this.scene.images[this.type];
    this.scene.context.drawImage(image, this.x, this.y);
};

Actor.prototype.width = function () {
    return this.scene.images[this.type].width;
};

Actor.prototype.height = function () {
    return this.scene.images[this.type].height;
};

我們將角色的特定類型實(shí)現(xiàn)為Actor的子類。例如,在街機(jī)游戲中太空飛船就會有一個拓展自Actor的SpaceShip類。

為了確保SpaceShip的實(shí)例能作為角色被正確地初始化,其構(gòu)造函數(shù)必須顯式地調(diào)用Actor的構(gòu)造函數(shù)。通過將接收者綁定到該新對象來調(diào)用Actor可以達(dá)到此目的。

function SpaceShip(scene, x, y) {
    Actor.call(this, scene, x, y);
    this.points = 0;
}

調(diào)用Actor的構(gòu)造函數(shù)能確保Actor創(chuàng)建的所有實(shí)例屬性都被添加到了新對象(SpaceShip實(shí)例對象)中。為了使SpaceShip成為Actor的一個正確地子類,其原型必須繼承自Actor.prototype。做這種拓展的最好的方式是使用ES5提供的Object.create方法。

SpaceShip.prototype = Object.create(Actor.prototype);

一旦創(chuàng)建了SpaceShip的原型對象,我們就可以向其添加所有的可被實(shí)例共享的屬性。

SpaceShip.prototype.type = "spaceShip";

SpaceShip.prototype.scorePoint = function () {
    this.points++;
};

SpaceShip.prototype.left = function () {
    this.moveTo(Math.max(this.x - 10, 0), this.y);
};

SpaceShip.prototype.right = function () {
    var maxWidth = this.scene.width - this.width();
    this.moveTo(Math.min(this.x + 10, maxWidth), this.y);
};

提示:

在子類構(gòu)造函數(shù)中顯示地傳入this作為顯式地接收者調(diào)用父類構(gòu)造函數(shù)。

使用Object.create函數(shù)來構(gòu)造子類的原型對象以避免調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)。

不要重用父類的屬性名
function Actor(scene, x, y) {
    this.scene = scene;
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.id = ++Actor.nextID;
    scene.register(this);
}

Actor.nextID = 0;
function Alien(scene, x, y, direction, speed, strength) {
    Actor.call(this, scene, x, y);
    this.direction = direction;
    this.speed = speed;
    this.strength = strength;
    this.damage = 0;
    this.id = ++Alien.nextID; // conflicts with actor id!
}

Alien.nextID = 0;

Alien類與其父類Actor類都視圖給實(shí)例屬性id寫數(shù)據(jù)。如果在繼承體系中的兩個類指向相同的屬性名,那么它們指向的是同一個屬性。

該例子顯而易見的解決方法是對Actor標(biāo)識數(shù)和Alien標(biāo)識數(shù)使用不同的屬性名。

function Actor(scene, x, y) {
    this.scene = scene;
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.actorID = ++Actor.nextID; // distinct from alienID
    scene.register(this);
}

Actor.nextID = 0;

function Alien(scene, x, y, direction, speed, strength) {
    Actor.call(this, scene, x, y);
    this.direction = direction;
    this.speed = speed;
    this.strength = strength;
    this.damage = 0;
    this.alienID = ++Alien.nextID; // distinct from actorID
}

Alien.nextID = 0;

提示:

留意父類使用的所有屬性名。

不要在子類中重用父類的屬性名。

避免繼承標(biāo)準(zhǔn)類

一個操作文件系統(tǒng)的庫可能希望創(chuàng)建一個抽象的目錄,該目錄繼承了數(shù)組的所有行為。

function Dir(path, entries) {
    this.path = path;
    for (var i = 0, n = entries.length; i < n; i++) {
        this[i] = entries[i];
    }
}

Dir.prototype = Object.create(Array.prototype); // extends Array

遺憾的是,這種方式破壞了數(shù)組的length屬性的預(yù)期行為。

var dir = new Dir("/tmp/mysite", ["index.html", "script.js", "style.css"]);

dir.length; // 0

失敗的原因是length屬性只對在內(nèi)部標(biāo)記為“真正的”數(shù)組的特殊對象起作用。ECMAScript標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定它是一個不可見的內(nèi)部屬性,稱為[[Class]]。

數(shù)組對象(通過Array構(gòu)造函數(shù)或[]語法創(chuàng)建)被加上了值為“Array”的[[Class]]屬性,函數(shù)被加上了值為“Function”的[[Class]]屬性。

事實(shí)證明,length的行為只被定義在內(nèi)部屬性[[Class]]的值為“Array”的特殊對象中。對于這些對象,JavaScript保持length屬性與該對象的索引屬性的數(shù)量同步。

但當(dāng)我們拓展Array類時,子類的實(shí)例并不是通過new Array()或字面量[]語法創(chuàng)建的。所以,Dir的實(shí)例[[Class]]屬性值為“Object”。

更好的實(shí)現(xiàn)是定義一個entries數(shù)組的實(shí)例屬性。

function Dir(path, entries) {
    this.path = path;
    this.entries = entries; // array property
}

Dir.prototype.forEach = function (f, thisArg) {
    if (typeof thisArg === "undefined") {
        thisArg = this;
    }

    this.entries.forEach(f, thisArg);
};

提示:

繼承標(biāo)準(zhǔn)類往往由于一些特殊的內(nèi)部屬性(如[[Class]])而被破壞。

使用屬性委托優(yōu)于繼承標(biāo)準(zhǔn)類。

將原型視為實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)

原型是一種對象行為的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

JavaScript提供了便利的內(nèi)省機(jī)制(introspection mechanisms)來檢查對象的細(xì)節(jié)。Object.prototype.hasOwnProperty方法確定一個屬性是否為對象“自己的”屬性(即一個實(shí)例屬性),而完全忽略原型繼承機(jī)構(gòu)。Object.getPrototypeOf__proto__特性允許程序員遍歷對象的原型鏈并多帶帶查詢其原型對象。

檢查實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)(即使沒有修改它們)也會在程序的組件之間創(chuàng)建依賴。如果對象的生產(chǎn)者修改了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),那么依賴于這些對象的使用者就會被破壞。

提示:

對象是接口,原型是實(shí)現(xiàn)。

避免檢查你無法控制的對象的原型結(jié)構(gòu)。

避免檢查實(shí)現(xiàn)在你無法控制的對象內(nèi)部的屬性。

避免使用輕率的猴子補(bǔ)丁

由于對象共享原型,因此每一個對象都可以增加、刪除或修改原型的屬性,這個有爭議的實(shí)踐通常被稱為猴子補(bǔ)丁(monkey-patching)。

猴子補(bǔ)丁的吸引力在于它的強(qiáng)大,數(shù)組缺少一個有用的方法,你自己就可以增加它。

Array.prototype.split = function (i) { // alternative #1
    return [this.slice(0, 1), this.slice(i)];
};

但是當(dāng)多個庫以不兼容的方式給同一個原型打猴子補(bǔ)丁時,問題就出現(xiàn)了。

Array.prototype.split = function (i) { // alternative #2
    var i = Math.floor(this.length / 2);
    return [this.slice(0, 1), this.slice(i)];
};

現(xiàn)在,任一對數(shù)組split方法的使用都大約有50%的機(jī)會被破壞。

一個方法可以將這些修改置于一個函數(shù)中,用戶可以選擇調(diào)用或忽略。

function addArrayMethods() {
    Array.prototype.split = function (i) {
        return [this.slice(0, 1), this.slice(i)];
    }
}

盡管猴子補(bǔ)丁很危險(xiǎn),但是有一種特別可靠而且有價值的使用場景:polyfill。

if (typeof Array.prototype.map !== "function") {
    Array.prototype.map = function (f, thisArg) {
        var result = [];
        
        for (var i = 0, n = this.length; i < n; i++) {
            result[i] = f.call(thisArg, this[i], i);
        }

        return result;
    };
}

提示:

避免使用輕率的猴子補(bǔ)丁。

記錄程序庫所執(zhí)行的所有猴子補(bǔ)丁。

考慮通過將修改置于一個到處函數(shù)中,使猴子補(bǔ)丁稱為可選的。

使用猴子補(bǔ)丁為缺失的標(biāo)準(zhǔn)API提供polyfills。

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