面向对象编程

JavaScript的所有数据都可以看成对象，那是不是我们已经在使用面向对象编程了呢？

当然不是。如果我们只使用Number、Array、string以及基本的{...}定义的对象，还无法发挥出面向对象编程的威力。

JavaScript的面向对象编程和大多数其他语言如Java、C#的面向对象编程都不太一样。如果你熟悉Java或C#，很好，你一定明白面向对象的两个基本概念：

1. 类：类是对象的类型模板，例如，定义Student类来表示学生，类本身是一种类型，Student表示学生类型，但不表示任何具体的某个学生；
2. 实例：实例是根据类创建的对象，例如，根据Student类可以创建出xiaoming、xiaohong、xiaojun等多个实例，每个实例表示一个具体的学生，他们全都属于Student类型。

所以，类和实例是大多数面向对象编程语言的基本概念。

不过，在JavaScript中，这个概念需要改一改。JavaScript不区分类和实例的概念，而是通过原型（prototype）来实现面向对象编程。

原型是指当我们想要创建xiaoming这个具体的学生时，我们并没有一个Student类型可用。那怎么办？恰好有这么一个现成的对象：

let robot = {
    name: 'Robot',
    height: 1.6,
    run: function () {
        console.log(this.name + ' is running...');
    }
};

我们看这个robot对象有名字，有身高，还会跑，有点像小明，干脆就根据它来“创建”小明得了！

于是我们把它改名为Student，然后创建出xiaoming：

let Student = {
    name: 'Robot',
    height: 1.2,
    run: function () {
        console.log(this.name + ' is running...');
    }
};

let xiaoming = {
    name: '小明'
};

xiaoming.__proto__ = Student;

注意最后一行代码把xiaoming的原型指向了对象Student，看上去xiaoming仿佛是从Student继承下来的：

xiaoming.name; // '小明'
xiaoming.run(); // 小明 is running...

xiaoming有自己的name属性，但并没有定义run()方法。不过，由于小明是从Student继承而来，只要Student有run()方法，xiaoming也可以调用：

JavaScript的原型链和Java的Class区别就在，它没有“Class”的概念，所有对象都是实例，所谓继承关系不过是把一个对象的原型指向另一个对象而已。

如果你把xiaoming的原型指向其他对象：

let Bird = {
    fly: function () {
        console.log(this.name + ' is flying...');
    }
};

xiaoming.__proto__ = Bird;

现在xiaoming已经无法run()了，他已经变成了一只鸟：

xiaoming.fly(); // 小明 is flying...

在JavaScrip代码运行时期，你可以把xiaoming从Student变成Bird，或者变成任何对象。

请注意，上述代码仅用于演示目的。在编写JavaScript代码时，不要直接用obj.__proto__去改变一个对象的原型，并且，低版本的IE也无法使用__proto__。Object.create()方法可以传入一个原型对象，并创建一个基于该原型的新对象，但是新对象什么属性都没有，因此，我们可以编写一个函数来创建xiaoming：

// 原型对象:
let Student = {
    name: 'Robot',
    height: 1.2,
    run: function () {
        console.log(this.name + ' is running...');
    }
};

function createStudent(name) {
    // 基于Student原型创建一个新对象:
    let s = Object.create(Student);
    // 初始化新对象:
    s.name = name;
    return s;
}

let xiaoming = createStudent('小明');
xiaoming.run(); // 小明 is running...
xiaoming.__proto__ === Student; // true

这是创建原型继承的一种方法，JavaScript还有其他方法来创建对象，我们在后面会一一讲到。

创建对象

JavaScript对每个创建的对象都会设置一个原型，指向它的原型对象。

当我们用obj.xxx访问一个对象的属性时，JavaScript引擎先在当前对象上查找该属性，如果没有找到，就到其原型对象上找，如果还没有找到，就一直上溯到Object.prototype对象，最后，如果还没有找到，就只能返回undefined。

例如，创建一个Array对象：

let arr = [1, 2, 3];

其原型链是：

       null
         ▲
         │
┌─────────────────┐
│Object.prototype │
└─────────────────┘
         ▲
         │
┌─────────────────┐
│ Array.prototype │
└─────────────────┘
         ▲
         │
┌─────────────────┐
│       arr       │
└─────────────────┘

Array.prototype定义了indexOf()、shift()等方法，因此你可以在所有的Array对象上直接调用这些方法。

当我们创建一个函数时：

function foo() {
    return 0;
}

函数也是一个对象，它的原型链是：

        null
          ▲
          │
┌───────────────────┐
│ Object.prototype  │
└───────────────────┘
          ▲
          │
┌───────────────────┐
│Function.prototype │
└───────────────────┘
          ▲
          │
┌───────────────────┐
│        foo        │
└───────────────────┘

由于Function.prototype定义了apply()等方法，因此，所有函数都可以调用apply()方法。

很容易想到，如果原型链很长，那么访问一个对象的属性就会因为花更多的时间查找而变得更慢，因此要注意不要把原型链搞得太长。

构造函数

除了直接用{ ... }创建一个对象外，JavaScript还可以用一种构造函数的方法来创建对象。它的用法是，先定义一个构造函数：

function Student(name) {
    this.name = name;
    this.hello = function () {
        alert('Hello, ' + this.name + '!');
    }
}

你会问，咦，这不是一个普通函数吗？

这确实是一个普通函数，但是在JavaScript中，可以用关键字new来调用这个函数，并返回一个对象：

let xiaoming = new Student('小明');
xiaoming.name; // '小明'
xiaoming.hello(); // Hello, 小明!

注意，如果不写new，这就是一个普通函数，它返回undefined。但是，如果写了new，它就变成了一个构造函数，它绑定的this指向新创建的对象，并默认返回this，也就是说，不需要在最后写return this;。

新创建的xiaoming的原型链是：

       null
         ▲
         │
┌─────────────────┐
│Object.prototype │
└─────────────────┘
         ▲
         │
┌─────────────────┐
│Student.prototype│
└─────────────────┘
         ▲
         │
┌─────────────────┐
│    xiaoming     │
└─────────────────┘

也就是说，xiaoming的原型指向函数Student的原型。如果你又创建了xiaohong、xiaojun，那么这些对象的原型与xiaoming是一样的：

              null
                ▲
                │
       ┌─────────────────┐
       │Object.prototype │
       └─────────────────┘
                ▲
                │
       ┌─────────────────┐
       │Student.prototype│
       └─────────────────┘
         ▲      ▲      ▲
         │      │      │
┌─────────┐┌─────────┐┌─────────┐
│xiaoming ││xiaohong ││ xiaojun │
└─────────┘└─────────┘└─────────┘

用new Student()创建的对象还从原型上获得了一个constructor属性，它指向函数Student本身：

xiaoming.constructor === Student.prototype.constructor; // true
Student.prototype.constructor === Student; // true

Object.getPrototypeOf(xiaoming) === Student.prototype; // true

xiaoming instanceof Student; // true

看晕了吧？用一张图来表示这些乱七八糟的关系就是：

红色箭头是原型链。注意，Student.prototype指向的对象就是xiaoming、xiaohong的原型对象，这个原型对象自己还有个属性constructor，指向Student函数本身。

另外，函数Student恰好有个属性prototype指向xiaoming、xiaohong的原型对象，但是xiaoming、xiaohong这些对象可没有prototype这个属性，不过可以用__proto__这个非标准用法来查看。

现在我们就认为xiaoming、xiaohong这些对象“继承”自Student。

不过还有一个小问题，注意观察：

xiaoming.name; // '小明'
xiaohong.name; // '小红'
xiaoming.hello; // function: Student.hello()
xiaohong.hello; // function: Student.hello()
xiaoming.hello === xiaohong.hello; // false

xiaoming和xiaohong各自的name不同，这是对的，否则我们无法区分谁是谁了。

xiaoming和xiaohong各自的hello是一个函数，但它们是两个不同的函数，虽然函数名称和代码都是相同的！

如果我们通过new Student()创建了很多对象，这些对象的hello函数实际上只需要共享同一个函数就可以了，这样可以节省很多内存。

要让创建的对象共享一个hello函数，根据对象的属性查找原则，我们只要把hello函数移动到xiaoming、xiaohong这些对象共同的原型上就可以了，也就是Student.prototype：

修改代码如下：

function Student(name) {
    this.name = name;
}

Student.prototype.hello = function () {
    alert('Hello, ' + this.name + '!');
};

用new创建基于原型的JavaScript的对象就是这么简单！

忘记写new怎么办

如果一个函数被定义为用于创建对象的构造函数，但是调用时忘记了写new怎么办？

在strict模式下，this.name = name将报错，因为this绑定为undefined，在非strict模式下，this.name = name不报错，因为this绑定为window，于是无意间创建了全局变量name，并且返回undefined，这个结果更糟糕。

所以，调用构造函数千万不要忘记写new。为了区分普通函数和构造函数，按照约定，构造函数首字母应当大写，而普通函数首字母应当小写，这样，一些语法检查工具如jslint将可以帮你检测到漏写的new。

最后，我们还可以编写一个createStudent()函数，在内部封装所有的new操作。一个常用的编程模式像这样：

function Student(props) {
    this.name = props.name || '匿名'; // 默认值为'匿名'
    this.grade = props.grade || 1; // 默认值为1
}

Student.prototype.hello = function () {
    alert('Hello, ' + this.name + '!');
};

function createStudent(props) {
    return new Student(props || {})
}

这个createStudent()函数有几个巨大的优点：一是不需要new来调用，二是参数非常灵活，可以不传，也可以这么传：

let xiaoming = createStudent({
    name: '小明'
});

xiaoming.grade; // 1

如果创建的对象有很多属性，我们只需要传递需要的某些属性，剩下的属性可以用默认值。由于参数是一个Object，我们无需记忆参数的顺序。如果恰好从JSON拿到了一个对象，就可以直接创建出xiaoming。

练习

请利用构造函数定义Cat，并让所有的Cat对象有一个name属性，并共享一个方法say()，返回字符串'Hello, xxx!'：

原型继承

在传统的基于Class的语言如Java、C++中，继承的本质是扩展一个已有的Class，并生成新的Subclass。

由于这类语言严格区分类和实例，继承实际上是类型的扩展。但是，JavaScript由于采用原型继承，我们无法直接扩展一个Class，因为根本不存在Class这种类型。

但是办法还是有的。我们先回顾Student构造函数：

function Student(props) {
    this.name = props.name || 'Unnamed';
}

Student.prototype.hello = function () {
    alert('Hello, ' + this.name + '!');
}

以及Student的原型链：

现在，我们要基于Student扩展出PrimaryStudent，可以先定义出PrimaryStudent：

function PrimaryStudent(props) {
    // 调用Student构造函数，绑定this变量:
    Student.call(this, props);
    this.grade = props.grade || 1;
}

但是，调用了Student构造函数不等于继承了Student，PrimaryStudent创建的对象的原型是：

new PrimaryStudent() --> PrimaryStudent.prototype --> Object.prototype --> null

必须想办法把原型链修改为：

new PrimaryStudent() --> PrimaryStudent.prototype --> Student.prototype --> Object.prototype --> null

这样，原型链对了，继承关系就对了。新的基于PrimaryStudent创建的对象不但能调用PrimaryStudent.prototype定义的方法，也可以调用Student.prototype定义的方法。

如果你想用最简单粗暴的方法这么干：

PrimaryStudent.prototype = Student.prototype;

是不行的！如果这样的话，PrimaryStudent和Student共享一个原型对象，那还要定义PrimaryStudent干啥？

我们必须借助一个中间对象来实现正确的原型链，这个中间对象的原型要指向Student.prototype。为了实现这一点，参考道爷（就是发明JSON的那个道格拉斯）的代码，中间对象可以用一个空函数F来实现：

// PrimaryStudent构造函数:
function PrimaryStudent(props) {
    Student.call(this, props);
    this.grade = props.grade || 1;
}

// 空函数F:
function F() {
}

// 把F的原型指向Student.prototype:
F.prototype = Student.prototype;

// 把PrimaryStudent的原型指向一个新的F对象，F对象的原型正好指向Student.prototype:
PrimaryStudent.prototype = new F();

// 把PrimaryStudent原型的构造函数修复为PrimaryStudent:
PrimaryStudent.prototype.constructor = PrimaryStudent;

// 继续在PrimaryStudent原型（就是new F()对象）上定义方法：
PrimaryStudent.prototype.getGrade = function () {
    return this.grade;
};

// 创建xiaoming:
let xiaoming = new PrimaryStudent({
    name: '小明',
    grade: 2
});
xiaoming.name; // '小明'
xiaoming.grade; // 2

// 验证原型:
xiaoming.__proto__ === PrimaryStudent.prototype; // true
xiaoming.__proto__.__proto__ === Student.prototype; // true

// 验证继承关系:
xiaoming instanceof PrimaryStudent; // true
xiaoming instanceof Student; // true

用一张图来表示新的原型链：

注意，函数F仅用于桥接，我们仅创建了一个new F()实例，而且，没有改变原有的Student定义的原型链。

如果把继承这个动作用一个inherits()函数封装起来，还可以隐藏F的定义，并简化代码：

function inherits(Child, Parent) {
    let F = function () {};
    F.prototype = Parent.prototype;
    Child.prototype = new F();
    Child.prototype.constructor = Child;
}

这个inherits()函数可以复用：

function Student(props) {
    this.name = props.name || 'Unnamed';
}

Student.prototype.hello = function () {
    alert('Hello, ' + this.name + '!');
}

function PrimaryStudent(props) {
    Student.call(this, props);
    this.grade = props.grade || 1;
}

// 实现原型继承链:
inherits(PrimaryStudent, Student);

// 绑定其他方法到PrimaryStudent原型:
PrimaryStudent.prototype.getGrade = function () {
    return this.grade;
};

小结

JavaScript的原型继承实现方式就是：

1. 定义新的构造函数，并在内部用call()调用希望“继承”的构造函数，并绑定this；
2. 借助中间函数F实现原型链继承，最好通过封装的inherits函数完成；
3. 继续在新的构造函数的原型上定义新方法。

class继承

在上面的章节中我们看到了JavaScript的对象模型是基于原型实现的，特点是简单，缺点是理解起来比传统的类－实例模型要困难，最大的缺点是继承的实现需要编写大量代码，并且需要正确实现原型链。

有没有更简单的写法？有！

新的关键字class从ES6开始正式被引入到JavaScript中。class的目的就是让定义类更简单。

我们先回顾用函数实现Student的方法：

function Student(name) {
    this.name = name;
}

Student.prototype.hello = function () {
    alert('Hello, ' + this.name + '!');
}

如果用新的class关键字来编写Student，可以这样写：

class Student {
    constructor(name) {
        this.name = name;
    }

    hello() {
        alert('Hello, ' + this.name + '!');
    }
}

比较一下就可以发现，class的定义包含了构造函数constructor和定义在原型对象上的函数hello()（注意没有function关键字），这样就避免了Student.prototype.hello = function () {...}这样分散的代码。

最后，创建一个Student对象代码和前面章节完全一样：

let xiaoming = new Student('小明');
xiaoming.hello();

class继承

用class定义对象的另一个巨大的好处是继承更方便了。想一想我们从Student派生一个PrimaryStudent需要编写的代码量。现在，原型继承的中间对象，原型对象的构造函数等等都不需要考虑了，直接通过extends来实现：

class PrimaryStudent extends Student {
    constructor(name, grade) {
        super(name); // 记得用super调用父类的构造方法!
        this.grade = grade;
    }

    myGrade() {
        alert('I am at grade ' + this.grade);
    }
}

注意PrimaryStudent的定义也是class关键字实现的，而extends则表示原型链对象来自Student。子类的构造函数可能会与父类不太相同，例如，PrimaryStudent需要name和grade两个参数，并且需要通过super(name)来调用父类的构造函数，否则父类的name属性无法正常初始化。

PrimaryStudent已经自动获得了父类Student的hello方法，我们又在子类中定义了新的myGrade方法。

ES6引入的class和原有的JavaScript原型继承有什么区别呢？实际上它们没有任何区别，class的作用就是让JavaScript引擎去实现原来需要我们自己编写的原型链代码。简而言之，用class的好处就是极大地简化了原型链代码。

练习

请利用class重新定义Cat，并让它从已有的Animal继承，然后新增一个方法say()，返回字符串'Hello, xxx!'：

Run

这个练习需要浏览器支持ES6的class，如果遇到SyntaxError，则说明浏览器不支持class语法，请换一个最新的浏览器试试。