JavaScript到底是面向对象还是基于对象?(46)

发布于2019-04-20 11:57:52

你好,我是前阿里手淘前端负责人winter,这篇文章来自于我在极客时间专栏「重学前端」中讲解JavaScript的部分。

与其它的语言相比,JavaScript中的“对象”总是显得不是那么合群。一些新人在学习JavaScript面向对象时,往往也会有疑惑:为什么JavaScript(直到ES6)有对象的概念,但是却没有像其他的语言那样,有类的概念呢?为什么在JavaScript对象里可以自由添加属性,而其他的语言却不能呢?

甚至一些争论中,有人强调,JavaScript并非“面向对象的语言”,而是“基于对象的语言”,这个说法一度流传甚广,而事实上,我至今遇到的持有这一说法的人中,无一能够回答“如何定义面向对象和基于对象”这个问题。

实际上,基于对象和面向对象两个形容词都出现在了JavaScript标准的各个版本当中。我们可以先看看JavaScript标准对基于对象的定义,这个定义的具体内容是:“语言和宿主的基础设施由对象来提供,并且ECMAScript程序即是一系列互相通讯的对象集合”。这里的意思根本不是表达弱化的面向对象的意思,反而是表达对象对于语言的重要性。

那么,在本篇文章中,我会尝试让你去理解面向对象和JavaScript中的面向对象究竟是什么。

什么是对象?

我们先来说说什么是对象,因为翻译的原因,中文语境下我们很难理解“对象”的真正含义。事实上,Object(对象)在英文中,是一切事物的总称,这和面向对象编程的抽象思维有互通之处。中文的“对象”却没有这样的普适性,我们在学习编程的过程中,更多是把它当作一个专业名词来理解。

但不论如何,我们应该认识到,对象并不是计算机领域凭空造出来的概念,它是顺着人类思维模式产生的一种抽象(于是面向对象编程也被认为是:更接近人类思维模式的一种编程范式)。

那么,我们先来看看在人类思维模式下,对象究竟是什么。

对象这一概念在人类的幼儿期形成,这远远早于我们编程逻辑中常用的值、过程等概念。在幼年期,我们总是先认识到某一个苹果能吃(这里的某一个苹果就是一个对象),继而认识到所有的苹果都可以吃(这里的所有苹果,就是一个类),再到后来我们才能意识到三个苹果和三个梨之间的联系,进而产生数字“3”(值)的概念。

在《面向对象分析与设计》这本书中,Grady Booch替我们做了总结,他认为,从人类的认知角度来说,对象应该是下列事物之一:

有了对象的自然定义后,我们就可以描述编程语言中的对象了。在不同的编程语言中,设计者也利用各种不同的语言特性来抽象描述对象,最为成功的流派是使用“类”的方式来描述对象,这诞生了诸如 C++、Java等流行的编程语言。而 JavaScript 早年却选择了一个更为冷门的方式:原型(关于原型,我在下一篇文章会重点介绍,这里你留个印象就可以了)。这是我在前面说它不合群的原因之一。

然而很不幸,因为一些公司政治原因,JavaScript推出之时受管理层之命被要求模仿Java,所以,JavaScript创始人Brendan Eich在“原型运行时”的基础上引入了new、this等语言特性,使之“看起来更像Java”。

在 ES6 出现之前,大量 JavaScript 程序员试图在原型体系的基础上,把JavaScript变得更像是基于类的编程,进而产生了很多所谓的“框架”,比如PrototypeJS、Dojo。事实上,它们成为了某种JavaScript的古怪方言,甚至产生了一系列互不相容的社群,显然这样做的收益远远小于损失。

如果我们从运行时角度来谈论对象,就是在讨论JavaScript实际运行中的模型,这是由于任何代码执行都必定绕不开运行时的对象模型,不过,幸运的是,从运行时的角度看,可以不必受到这些“基于类的设施”的困扰,这是因为任何语言运行时类的概念都是被弱化的。

首先我们来了解一下JavaScript是如何设计对象模型的。

JavaScript 对象的特征

在我看来,不论我们使用什么样的编程语言,我们都先应该去理解对象的本质特征(参考Grandy Booch《面向对象分析与设计》)。总结来看,对象有如下几个特点。

我们先来看第一个特征,对象具有唯一标识性。一般而言,各种语言的对象唯一标识性都是用内存地址来体现的,所以,JavaScript程序员都知道,任何不同的JavaScript对象其实是互不相等,我们可以看下面的代码,o1和o2初看是两个一模一样的对象,但是打印出来的结果却是false。

var o1 = { a: 1 };
var o2 = { a: 1 };
console.log(o1 == o2); // false

关于对象的第二个和第三个特征“状态和行为”,不同语言会使用不同的术语来抽象描述它们,比如C++中称它们为“成员变量”和“成员函数”,Java中则称它们为“属性”和“方法”。

在 JavaScript中,将状态和行为统一抽象为“属性”,考虑到 JavaScript 中将函数设计成一种特殊对象(关于这点,我会在后文中详细讲解,此处先不用细究),所以 JavaScript中的行为和状态都能用属性来抽象。

下面这段代码其实就展示了普通属性和函数作为属性的一个例子,其中o是对象,d是一个属性,而函数f也是一个属性,尽管写法不太相同,但是对JavaScript来说,d和f就是两个普通属性。

var o = { 
    d: 1,
    f() {
        console.log(this.d);
    }    
};

所以,总结一句话来看,在JavaScript中,对象的状态和行为其实都被抽象为了属性。如果你用过Java,一定不要觉得奇怪,尽管设计思路有一定差别,但是二者都很好地表现了对象的基本特征:标识性、状态和行为。

在实现了对象基本特征的基础上, 我认为,JavaScript中对象独有的特色是:对象具有高度的动态性,这是因为JavaScript赋予了使用者在运行时为对象添改状态和行为的能力。

我来举个例子,比如,JavaScript 允许运行时向对象添加属性,这就跟绝大多数基于类的、静态的对象设计完全不同。如果你用过Java或者其它别的语言,肯定会产生跟我一样的感受。

下面这段代码就展示了运行时如何向一个对象添加属性,一开始我定义了一个对象o,定义完成之后,再添加它的属性b,这样操作,是完全没问题的。这一点你要理解。

var o = { a: 1 };
o.b = 2;
console.log(o.a, o.b); //1 2

为了提高抽象能力,JavaScript的属性被设计成比别的语言更加复杂的形式,它提供了数据属性和访问器属性(getter/setter)两类。

JavaScript对象的两类属性

对JavaScript来说,属性并非只是简单的名称和值,JavaScript用一组特征(attribute)来描述属性(property)。

先来说第一类属性,数据属性。它比较接近于其它语言的属性概念。数据属性具有四个特征。

在大多数情况下,我们只关心数据属性的值即可。

第二类属性是访问器(getter/setter)属性,它也有四个特征。

访问器属性使得属性在读和写时执行代码,它允许使用者写入和读出属性时得到完全不同的值,它可以视为一种函数的语法糖。

我们通常用于定义属性的代码会产生数据属性,其中的writable、enumerable、configurable都默认为true。我们可以使用内置函数 Object.getOwnPropertyDescripter来查看,如以下代码所示:

var o = { a: 1 };
o.b = 2;
//a和b皆为数据属性
Object.getOwnPropertyDescriptor(o,"a") // {value: 1, writable: true, enumerable: true, configurable: true}
Object.getOwnPropertyDescriptor(o,"b") // {value: 2, writable: true, enumerable: true, configurable: true}

我们在这里使用了两种语法来定义属性,定义完属性后,我们用JavaScript的API来查看这个属性,我们可以发现,这样定义出来的属性都是数据属性,writeable、enumerable、configurable都是默认值为true。

如果我们要想改变属性的特征,或者定义访问器属性,可以使用 Object.defineProperty,示例如下:

var o = { a: 1 };
Object.defineProperty(o, "b", {value: 2, writable: false, enumerable: false, configurable: true});
//a和b都是数据属性,但特征值变化了
Object.getOwnPropertyDescriptor(o,"a"); // {value: 1, writable: true, enumerable: true, configurable: true}
Object.getOwnPropertyDescriptor(o,"b"); // {value: 2, writable: false, enumerable: false, configurable: true}
o.b = 3;
console.log(o.b); // 2

这里我们使用了Object.defineProperty来定义属性,这样定义属性可以改变属性的writable和enumerable,我们同样用Object.getOwnPropertyDescriptor来查看,发现确实改变了writable和enumerable特征。因为writable特征为false,所以我们重新对b赋值,b的值不会发生变化。

在创建对象时,也可以使用 get 和 set 关键字来创建访问器属性,代码如下所示:

var o = { get a() { return 1 } };

console.log(o.a); // 1

访问器属性跟数据属性不同,每次访问属性都会执行getter或者setter函数。这里我们的getter函数返回了1,所以o.a每次都得到1。

这样,我们就理解了,实际上JavaScript 对象的运行时是一个“属性的集合”,属性以字符串或者Symbol为key,以数据属性特征值或者访问器属性特征值为value。对象是一个属性的索引结构(索引结构是一类常见的数据结构,我们可以把它理解为一个能够以比较快的速度用key来查找value的字典)。我们以上面的对象o为例,你可以想象一下“a”是key。

这里{writable:true,value:1,configurable:true,enumerable:true}是value。我们在前面的类型课程中,已经介绍了Symbol类型,能够以Symbol为属性名,这是JavaScript对象的一个特色。

讲到了这里,如果你理解了对象的特征,也就不难理解我开篇提出来的问题。

你甚至可以理解为什么会有“JavaScript不是面向对象”这样的说法:JavaScript的对象设计跟目前主流基于类的面向对象差异非常大。而事实上,这样的对象系统设计虽然特别,但是JavaScript提供了完全运行时的对象系统,这使得它可以模仿多数面向对象编程范式(下一节课我们会给你介绍JavaScript中两种面向对象编程的范式:基于类和基于原型),所以它也是正统的面向对象语言。

JavaScript语言标准也已经明确说明,JavaScript是一门面向对象的语言,我想标准中能这样说正因为JavaScript的高度动态性的对象系统。

所以,我们应该在理解其设计思想的基础上充分挖掘它的能力,而不是机械地模仿其它语言。

结语

要想理解JavaScript对象,必须清空我们脑子里“基于类的面向对象”相关的知识,回到人类对对象的朴素认知和面向对象的语言无关基础理论,我们就能够理解JavaScript面向对象设计的思路。

在这篇文章中,我从对象的基本理论出发,和你理清了关于对象的一些基本概念,分析了JavaScript对象的设计思路。接下来又从运行时的角度,介绍了JavaScript对象的具体设计:具有高度动态性的属性集合。

很多人在思考JavaScript对象时,会带着已有的“对象”观来看问题,最后的结果当然就是“剪不断理还乱”了。

在「重学前端」专栏中,我会继续带大家探索JavaScript对象的一些机制,看JavaScript如何基于这样的动态对象模型设计自己的原型系统,以及大家熟悉的函数、类等基础设施,期待你的到来。

拓展阅读:

JavaScript对象:我们真的需要模拟类吗?

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