代码如下:
var foo = {
x: 10,
y: 20
};
图 1. 一个含有原型的基本对象
为什么需要原型呢,让我们考虑 原型链 的概念来回答这个问题。
原型链(Prototype chain)
原型对象也是普通的对象,并且也有可能有自己的原型,如果一个原型对象的原型不为null的话,我们就称之为原型链(prototype chain)。
A prototype chain is a finite chain of objects which is used to implemented inheritance and shared properties.原型链是一个由对象组成的有限对象链由于实现继承和共享属性。
想象一个这种情况,2个对象,大部分内容都一样,只有一小部分不一样,很明显,在一个好的设计模式中,我们会需要重用那部分相同的,而不是在每个对象中重复定义那些相同的方法或者属性。在基于类[class-based]的系统中,这些重用部分被称为类的继承 – 相同的部分放入class A,然后class B和class C从A继承,并且可以声明拥有各自的独特的东西。
ECMAScript没有类的概念。但是,重用[reuse]这个理念没什么不同(某些方面,甚至比class-更加灵活),可以由prototype chain原型链来实现。这种继承被称为delegation based inheritance-基于继承的委托,或者更通俗一些,叫做原型继承。
类似于类”A”,”B”,”C”,在ECMAScript中尼创建对象类”a”,”b”,”c”,相应地, 对象“a” 拥有对象“b”和”c”的共同部分。同时对象“b”和”c”只包含它们自己的附加属性或方法。
代码如下:
var a = { x: 10, calculate: function (z) { return this.x + this.y + z }}; var b = { y: 20, __proto__: a}; var c = { y: 30, __proto__: a}; // 调用继承过来的方法b.calculate(30); // 60c.calculate(40); // 80
图 2. 原型链
原型链通常将会在这样的情况下使用:对象拥有 相同或相似的状态结构(same or similar state structure) (即相同的属性集合)与 不同的状态值(different state values)。在这种情况下,我们可以使用 构造函数(Constructor) 在 特定模式(specified pattern) 下创建对象。
构造函数(Constructor)
除了创建对象,构造函数(constructor) 还做了另一件有用的事情—自动为创建的新对象设置了原型对象(prototype object) 。原型对象存放于 ConstructorFunction.prototype 属性中。
例如,我们重写之前例子,使用构造函数创建对象“b”和“c”,那么对象”a”则扮演了“Foo.prototype”这个角色:
代码如下:
// 构造函数
function Foo(y) {
// 构造函数将会以特定模式创建对象:被创建的对象都会有"y"属性
this.y = y;
}
// "Foo.prototype"存放了新建对象的原型引用
// 所以我们可以将之用于定义继承和共享属性或方法
// 所以,和上例一样,我们有了如下代码:
// 继承属性"x"
Foo.prototype.x = 10;
// 继承方法"calculate"
Foo.prototype.calculate = function (z) {
return this.x + this.y + z;
};
// 使用foo模式创建 "b" and "c"
var b = new Foo(20);
var c = new Foo(30);
// 调用继承的方法
b.calculate(30); // 60
c.calculate(40); // 80
// 让我们看看是否使用了预期的属性
console.log(
b.__proto__ === Foo.prototype, // true
c.__proto__ === Foo.prototype, // true
// "Foo.prototype"自动创建了一个特殊的属性"constructor"
// 指向a的构造函数本身
// 实例"b"和"c"可以通过授权找到它并用以检测自己的构造函数
b.cOnstructor=== Foo, // true
c.cOnstructor=== Foo, // true
Foo.prototype.cOnstructor=== Foo // true
b.calculate === b.__proto__.calculate, // true
b.__proto__.calculate === Foo.prototype.calculate // true
);
图 3. 构造函数与对象之间的关系
上述图示可以看出,每一个object都有一个prototype. 构造函数Foo也拥有自己的__proto__, 也就是Function.prototype, 而Function.prototype的__proto__指向了Object.prototype. 重申一遍,Foo.prototype只是一个显式的属性,也就是b和c的__proto__属性。
这个问题完整和详细的解释可以在大叔即将翻译的第18、19两章找到。有两个部分:面向对象编程.一般理论(OOP. The general theory),描述了不同的面向对象的范式与风格(OOP paradigms and stylistics),以及与ECMAScript的比较, 面向对象编程.ECMAScript实现(OOP. ECMAScript implementation), 专门讲述了ECMAScript中的面向对象编程。
现在,我们已经了解了基本的object原理,那么我们接下去来看看ECMAScript里面的程序执行环境[runtime program execution]. 这就是通常称为的“执行上下文堆栈”[execution context stack]。每一个元素都可以抽象的理解为object。你也许发现了,没错,在ECMAScript中,几乎处处都能看到object的身影。
执行上下文栈(Execution Context Stack)
在ECMASscript中的代码有三种类型:global, function和eval。
每一种代码的执行都需要依赖自身的上下文。当然global的上下文可能涵盖了很多的function和eval的实例。函数的每一次调用,都会进入函数执行中的上下文,并且来计算函数中变量等的值。eval函数的每一次执行,也会进入eval执行中的上下文,判断应该从何处获取变量的值。
注意,一个function可能产生无限的上下文环境,因为一个函数的调用(甚至递归)都产生了一个新的上下文环境。
代码如下:
function foo(bar) {}
// 调用相同的function,每次都会产生3个不同的上下文
//(包含不同的状态,例如参数bar的值)
foo(10);
foo(20);
foo(30);
图 4. 执行上下文栈
当一段程序开始时,会先进入全局执行上下文环境[global execution context], 这个也是堆栈中最底部的元素。此全局程序会开始初始化,初始化生成必要的对象[objects]和函数[functions]. 在此全局上下文执行的过程中,它可能会激活一些方法(当然是已经初始化过的),然后进入他们的上下文环境,然后将新的元素压入堆栈。在这些初始化都结束之后,这个系统会等待一些事件(例如用户的鼠标点击等),会触发一些方法,然后进入一个新的上下文环境。
见图5,有一个函数上下文“EC1″和一个全局上下文“Global EC”,下图展现了从“Global EC”进入和退出“EC1″时栈的变化:
图 5. 执行上下文栈的变化
ECMAScript运行时系统就是这样管理代码的执行。
关于ECMAScript执行上下文栈的内容请查阅本系列教程的第11章执行上下文(Execution context)。
如上所述,栈中每一个执行上下文可以表示为一个对象。让我们看看上下文对象的结构以及执行其代码所需的 状态(state) 。
执行上下文(Execution Context)
一个执行的上下文可以抽象的理解为object。每一个执行的上下文都有一系列的属性(我们称为上下文状态),他们用来追踪关联代码的执行进度。这个图示就是一个context的结构。
图 6. 上下文结构
除了这3个所需要的属性(变量对象(variable object),this指针(this value),作用域链(scope chain) ),执行上下文根据具体实现还可以具有任意额外属性。接着,让我们仔细来看看这三个属性。
变量对象(Variable Object)
A variable object is a scope of data related with the execution context.
It's a special object associated with the context and which stores variables and function declarations are being defined within the context.
变量对象(variable object) 是与执行上下文相关的 数据作用域(scope of data) 。
它是与上下文关联的特殊对象,用于存储被定义在上下文中的 变量(variables) 和 函数声明(function declarations) 。
注意:函数表达式[function expression](而不是函数声明[function declarations,区别请参考本系列第2章])是不包含在VO[variable object]里面的。
变量对象(Variable Object)是一个抽象的概念,不同的上下文中,它表示使用不同的object。例如,在global全局上下文中,变量对象也是全局对象自身[global object]。(这就是我们可以通过全局对象的属性来指向全局变量)。
让我们看看下面例子中的全局执行上下文情况:
代码如下:
var foo = 10;
function bar() {} // // 函数声明
(function baz() {}); // 函数表达式
console.log(
this.foo == foo, // true
window.bar == bar // true
);
console.log(baz); // 引用错误,baz没有被定义
图 7. 全局变量对象
如上所示,函数“baz”如果作为函数表达式则不被不被包含于变量对象。这就是在函数外部尝试访问产生引用错误(ReferenceError) 的原因。请注意,ECMAScript和其他语言相比(比如C/C++),仅有函数能够创建新的作用域。在函数内部定义的变量与内部函数,在外部非直接可见并且不污染全局对象。使用 eval 的时候,我们同样会使用一个新的(eval创建)执行上下文。eval会使用全局变量对象或调用者的变量对象(eval的调用来源)。
那函数以及自身的变量对象又是怎样的呢?在一个函数上下文中,变量对象被表示为活动对象(activation object)。
活动对象(activation object)
当函数被调用者激活,这个特殊的活动对象(activation object) 就被创建了。它包含普通参数(formal parameters) 与特殊参数(arguments)对象(具有索引属性的参数映射表)。活动对象在函数上下文中作为变量对象使用。
即:函数的变量对象保持不变,但除去存储变量与函数声明之外,还包含以及特殊对象arguments 。
考虑下面的情况:
代码如下:
function foo(x, y) {
var z = 30;
function bar() {} // 函数声明
(function baz() {}); // 函数表达式
}
foo(10, 20);
图 8. 激活对象
同样道理,function expression不在AO的行列。
对于这个AO的详细内容可以通过本系列教程第9章找到。
我们接下去要讲到的是第三个主要对象。众所周知,在ECMAScript中,我们会用到内部函数[inner functions],在这些内部函数中,我们可能会引用它的父函数变量,或者全局的变量。我们把这些变量对象成为上下文作用域对象[scope object of the context]. 类似于上面讨论的原型链[prototype chain],我们在这里称为作用域链[scope chain]。
作用域链(Scope Chains)
A scope chain is a list of objects that are searched for identifiers appear in the code of the context.
作用域链是一个 对象列表(list of objects) ,用以检索上下文代码中出现的 标识符(identifiers) 。
作用域链的原理和原型链很类似,如果这个变量在自己的作用域中没有,那么它会寻找父级的,直到最顶层。
标示符[Identifiers]可以理解为变量名称、函数声明和普通参数。例如,当一个函数在自身函数体内需要引用一个变量,但是这个变量并没有在函数内部声明(或者也不是某个参数名),那么这个变量就可以称为自由变量[free variable]。那么我们搜寻这些自由变量就需要用到作用域链。
在一般情况下,一个作用域链包括父级变量对象(variable object)(作用域链的顶部)、函数自身变量VO和活动对象(activation object)。不过,有些情况下也会包含其它的对象,例如在执行期间,动态加入作用域链中的—例如with或者catch语句。[译注:with-objects指的是with语句,产生的临时作用域对象;catch-clauses指的是catch从句,如catch(e),这会产生异常对象,导致作用域变更]。
当查找标识符的时候,会从作用域链的活动对象部分开始查找,然后(如果标识符没有在活动对象中找到)查找作用域链的顶部,循环往复,就像作用域链那样。
代码如下:
var x = 10;
(function foo() {
var y = 20;
(function bar() {
var z = 30;
// "x"和"y"是自由变量
// 会在作用域链的下一个对象中找到(函数”bar”的互动对象之后)
console.log(x + y + z);
})();
})();
图 9. 作用域链
在代码执行过程中,如果使用with或者catch语句就会改变作用域链。而这些对象都是一些简单对象,他们也会有原型链。这样的话,作用域链会从两个维度来搜寻。
我们再看下面这个例子:
代码如下:
Object.prototype.x = 10;
var w = 20;
var y = 30;
// 在SpiderMonkey全局对象里
// 例如,全局上下文的变量对象是从"Object.prototype"继承到的
// 所以我们可以得到“没有声明的全局变量”
// 因为可以从原型链中获取
console.log(x); // 10
(function foo() {
// "foo" 是局部变量
var w = 40;
var x = 100;
// "x" 可以从"Object.prototype"得到,注意值是10哦
// 因为{z: 50}是从它那里继承的
with ({z: 50}) {
console.log(w, x, y , z); // 40, 10, 30, 50
}
// 在"with"对象从作用域链删除之后
// x又可以从foo的上下文中得到了,注意这次值又回到了100哦
// "w" 也是局部变量
console.log(x, w); // 100, 40
// 在浏览器里
// 我们可以通过如下语句来得到全局的w值
console.log(window.w); // 20
})();
图 10. with增大的作用域链
注意,不是所有的全局对象都是由Object.prototype继承而来的。上述图示的情况可以在SpiderMonkey中测试。
只要所有外部函数的变量对象都存在,那么从内部函数引用外部数据则没有特别之处——我们只要遍历作用域链表,查找所需变量。然而,如上文所提及,当一个上下文终止之后,其状态与自身将会被 销毁(destroyed) ,同时内部函数将会从外部函数中返回。此外,这个返回的函数之后可能会在其他的上下文中被激活,那么如果一个之前被终止的含有一些自由变量的上下文又被激活将会怎样?通常来说,解决这个问题的概念在ECMAScript中与作用域链直接相关,被称为 (词法)闭包((lexical) closure)。
闭包(Closures)
在ECMAScript中,函数是“第一类”对象。这个名词意味着函数可以作为参数被传递给其他函数使用 (在这种情况下,函数被称为“funargs”——“functional arguments”的缩写[译注:这里不知翻译为泛函参数是否恰当])。接收“funargs”的函数被称之为 高阶函数(higher-order functions) ,或者更接近数学概念的话,被称为 运算符(operators) 。其他函数的运行时也会返回函数,这些返回的函数被称为 function valued 函数 (有 functional value 的函数)。
“funargs”与“functional values”有两个概念上的问题,这两个子问题被称为“Funarg problem” (“泛函参数问题”)。要准确解决泛函参数问题,需要引入 闭包(closures) 到的概念。让我们仔细描述这两个问题(我们可以见到,在ECMAScript中使用了函数的[[Scope]]属性来解决这个问题)。
“funarg problem”的一个子问题是“upward funarg problem”[译注:或许可以翻译为:向上查找的函数参数问题]。当一个函数从其他函数返回到外部的时候,这个问题将会出现。要能够在外部上下文结束时,进入外部上下文的变量,内部函数 在创建的时候(at creation moment) 需要将之存储进[[Scope]]属性的父元素的作用域中。然后当函数被激活时,上下文的作用域链表现为激活对象与[[Scope]]属性的组合(事实上,可以在上图见到):
Scope chain = Activation object + [[Scope]]
作用域链 = 活动对象 + [[Scope]]
请注意,最主要的事情是——函数在被创建时保存外部作用域,是因为这个 被保存的作用域链(saved scope chain) 将会在未来的函数调用中用于变量查找。
代码如下:
function foo() {
var x = 10;
return function bar() {
console.log(x);
};
}
// "foo"返回的也是一个function
// 并且这个返回的function可以随意使用内部的变量x
var returnedFunction = foo();
// 全局变量 "x"
var x = 20;
// 支持返回的function
returnedFunction(); // 结果是10而不是20
代码如下:
// 全局变量 "x"
var x = 10;
// 全局function
function foo() {
console.log(x);
}
(function (funArg) {
// 局部变量 "x"
var x = 20;
// 这不会有歧义
// 因为我们使用"foo"函数的[[Scope]]里保存的全局变量"x",
// 并不是caller作用域的"x"
funArg(); // 10, 而不是20
})(foo); // 将foo作为一个"funarg"传递下去
代码如下:
function baz() {
var x = 1;
return {
foo: function foo() { return ++x; },
bar: function bar() { return --x; }
};
}
var closures = baz();
console.log(
closures.foo(), // 2
closures.bar() // 1
);
图 11. 共享的[[Scope]]
在某个循环中创建多个函数时,上图会引发一个困惑。如果在创建的函数中使用循环变量(如”k”),那么所有的函数都使用同样的循环变量,导致一些程序员经常会得不到预期值。现在清楚为什么会产生如此问题了——因为所有函数共享同一个[[Scope]],其中循环变量为最后一次复赋值。
代码如下:
var data = [];
for (var k = 0; k <3; k++) {
data[k] = function () {
alert(k);
};
}
data[0](); // 3, but not 0
data[1](); // 3, but not 1
data[2](); // 3, but not 2
代码如下:
var data = [];
for (var k = 0; k <3; k++) {
data[k] = (function (x) {
return function () {
alert(x);
};
})(k); // 将k当做参数传递进去
}
// 结果正确
data[0](); // 0
data[1](); // 1
data[2](); // 2
代码如下:
var x = 10;
console.log(
x, // 10
this.x, // 10
window.x // 10
);
代码如下:
// "foo"函数里的alert没有改变
// 但每次激活调用的时候this是不同的
function foo() {
alert(this);
}
// caller 激活 "foo"这个callee,
// 并且提供"this"给这个 callee
foo(); // 全局对象
foo.prototype.constructor(); // foo.prototype
var bar = {
baz: foo
};
bar.baz(); // bar
(bar.baz)(); // also bar
(bar.baz = bar.baz)(); // 这是一个全局对象
(bar.baz, bar.baz)(); // 也是全局对象
(false || bar.baz)(); // 也是全局对象
var otherFoo = bar.baz;
otherFoo(); // 还是全局对象