JavaScript设计模式

JavaScript

前

在学习使用Javascript之前，我的程序猿生涯里面仅有接触的编程语言是C#跟Java——忽略当年在大学补考了N次的C与VB。

从静态编程语言，转到动态语言JS，刚开始的时候，遇到不少困难与错误。可能因为先入为主，在JS编程之中，往往不由自主地以C#的逻辑、编程思路、设计模式进行JS开发。

时间长了，渐渐发现JS设计模式对于前端开发的重要性，但在分享JS设计模式之前，希望首先分享几点个人觉得很重要的JS设计模式基础。有些地方，可能研究得也不是很深入，有什么错误的话，望指正。

动态类型语言

静态类型语言，在编译阶段，就需要确定变量的类型。但动态类型语言，只有程序运行时，根据当时语言执行环境，变量才会赋予其类型。

所以C#，不能抛开runtime与编译器单独运行，Java也离不开JVM。同时也有一大堆问题需要考虑的，跨平台、类型转换、反射、Ioc、接口编程、抽象化、动态代理等等一大堆概念技术的产生，还不是因为静态语言的强类型特性，需要更多的手段让其得到灵活多态的特性。

    public class Main
    {
        public void Function()
        {
            //在编译的时候，.net runtime必须要知道dog是一只狗
            Dog dog = new Dog();
            Console.WriteLine(dog.Name);
        }
    }

但，JS只需要个文本编辑器，没有编译通过不通过的概念，加载了浏览器就能跑。

    var a = 1;
    console.log(typeof a);//number
    a = "a";
    console.log(typeof a);//string

原型模式

ECMAScript 5之前JS是没有类的，W3C的大牛是有所发现的，所以ES6会新的类语法，但是各大浏览器（IE）猴年马月才跟进就不得而知了——绝对不是针对IE。

在静态类型语言开发中，类是任意实体的结构，当需要这个实体的时候，系统依照这个结构，“画”出这个==对象==。
譬如，要设计车，首先是要设计稿，设计稿就是类，然后照着设计稿生产的每一台车就是具体的对象。
所以，静态类型语言当中，得到一个对象的最关键就是先有这个对象的设计稿（类），就是知道它的类型。

但是，JS不一样。
JS是以原型模式作为设计基础。得到一个对象之前，我们不关心对象属于什么类型，它的设计稿是怎么样的，JS是通过拷贝一个其他对象而获得对象的。

    //定义超人是超人，超人可以飞
    var superman = {
        name: "superman",
        fly: function () {
            console.log(this.name + " is flying");
        }
    };
    superman.fly();//superman is flying
    //万一，想要个妹子呢，搞个女超人如何？女超人也会飞？要不就复制一个超人的对象吧。
    //通过Object.create复制一个超人，但定义它是女超人。
    var superwomen = Object.create(superman);
    superwomen.name = "superwomen";
    superwomen.fly();//superwomen is flying
    //DC的不喜欢，来个漫威吧，再搞个钢铁侠？钢铁侠也会飞
    var ironman = Object.create(superman);
    ironman.name = "ironman";
    ironman.fly();//ironman is flying

千万别误解了superman就是类，而superwomen、ironman就是superman实例化得到的对象，superman、superwomen、ironman都是对象，superwomen、ironman都是superman对象拷贝的结果。

1、所有的数据都是对象

上面的例子，通过var obj={}创建对象，其等价于var obj=new Object()。Object对象可以创建对象，但不仅是Object才是对象，所有的数据都是对象，包括Number、Boolean、String、Function、Object。这是原型模式很重要的一条原则。
正是这一点，我们也可以利用function定义对象：function obj(){};。

不过与var obj=new Object()不同，function定义的对象，是一个带构造器的函数，通过new关键字调用构造器可以获取其原型对象。参考以下例子。

    //定义一个对象
    var superman = {
        name: "superman",
        fly: function () {
            console.log(this.name + " is flying");
        }
    };
    superman.fly();//superman is flying
    //定义一个函数，同时也是一个带构造器的函数
    function superman2() {
        this.name = "superman";
        this.fly = function () {
            console.log(this.name + " is flying");
        };
    };
    //错误：superman2是函数，fly()不是函数
    superman2.fly();//error:undefined is not a function
    //错误：superman2()是调用函数，但函数没有返回带fly()函数的对象
    superman2().fly();//error:Cannot read property 'fly' of undefined
    //正确：new不是C#实例化关键字，new是调用superman2的构造器并返回其对象
    var sm = new superman2();
    sm.fly();//superman is flying

2、对象的属性请求，会从对象传递到对象原型

当需要获得对象属性时，会首先请求对象本身，如果，对象本身没有属性可以响应，则响应其对象原型prototype；如果prototype也没有属性可以响应，则进一步请求原型的原型，从而形成一条原型链。当然，原型链的层级不能太长，具体长度没有研究过，我觉得3级也差不多了。

    //定义人
    function human() {
        this.sexy = "male";
    };
    //定义所有英雄的原型
    function heroBase() {
        this.trait = "strong cool";
    };
    //英雄的原型是人
    heroBase.prototype = new human();
    //定义超人
    function superman() {
        this.fly = function () {
            console.log("superman");
        };
    };
    //超人的原型就是英雄
    superman.prototype = new heroBase();
    console.log(new superman().sexy);//male
    console.log(new superman().trait);//strong cool

这个步骤就是：
* 超人的性别是神马？
* 光看超人不知道，要看超人原型：英雄
* 看英雄也不知道，要看英雄原型：人
* 人的sexy属性告诉我们，他是男人

好吧，也许你发现了，上面例子是有bug的，超人是外星人；但你肯定发现了，这不就是继承吗？继承都有了，多态还能远吗？

3、JS就是通过原型模式实现继承的，且是单一继承

我个人的理解是，JS的继承跟C#的继承虽然实现形式不同，但有一点原则是相同的，单一继承非多继承。如上例子换成以下代码：
superman.prototype = new heroBase();
superman.prototype = new human();
最终结果是，超人的原型首先定为英雄，但又被人所覆盖了。符合单一继承的原则。

4、特别补充：关于__proto__与prototype的区别

之前一直以为搞懂了原型模式，最近看到一篇很好文章 [[学习笔记] 小角度看JS原型链 梦禅][1]，涨姿势了。

在 segmentfault 上看到这样一道题目：

var F = function(){};
Object.prototype.a = function(){};
Function.prototype.b = function(){};
var f = new F();

问：f 能取到a,b吗？原理是什么？

关键理解：
prototype是对象原型
__proto__是对象构造器的原型
关于两者区别，推荐一遍博文，解释非常详细，[理解js中的原型链，prototype与proto的关系][2]

自己列了例子，应该比较容易理解

    var F = function () { };
    Object.prototype.a = function () {
        console.log("a");
    };
    Function.prototype.b = function () {
        console.log("b");
    };
    var f = new F();
    //注意：对象的__proto__属性，指向对象的父级构造器的prototype原型
    console.log(f);
    console.log(f.__proto__);                         //F.prototype
    console.log(F.prototype.__proto__);               //Ojbect.prototype
    console.log(Object.prototype.a());                //a
    console.log(f.__proto__.__proto__.a());           //a
    /****************************************************************/
    console.log(f.constructor);                       //F
    console.log(F.__proto__);                         //Function.prototype
    console.log(Function.prototype.b());              //b
    console.log(f.constructor.__proto__.b());         //b
    //结论：所有对象的__proto__都指向其构造器的prototype
    //结论：所有构造器/函数的__proto__都指向Function.prototype，它是一个空函数（Empty function）
    //结论：Function.prototype的__proto__最终指向Object.prototype

1. 所有对象的proto都指向其构造器的prototype
2. 所有构造器/函数的proto都指向Function.prototype，它是一个空函数（Empty function）
3. Function.prototype的proto最终指向Object.prototype

多态

JS的多态是通过两点实现的：1、原型模式实现继承；2、动态类型实现泛型

回想一下，我们刚学习C#的那个经典例子

    public class Hero
    {
        public virtual void Fly()
        {
            Console.WriteLine("hero fly");
        }
    }
    public class SuperMan : Hero
    {
        public override void Fly()
        {
            base.Fly();
            Console.WriteLine("SuperMan fly");
        }
    }
    public class IronMan : Hero
    {
        public override void Fly()
        {
            base.Fly();
            Console.WriteLine("IronMan fly");
        }
    }
    public class Main
    {
        public void MainFunction()
        {
            LetsFly(new SuperMan());
            LetsFly(new IronMan());
        }
        public void LetsFly(Hero hero)
        {
            hero.Fly();
        }
    }

再来看看JS的实现

    function superman() {
        this.fly = function () {
            console.log("superman fly");
        };
    }
    function bird() {
        this.fly = function () {
            console.log("bird fly");
        };
    };
    function letsFly(hero) {
        hero.fly();
    }
    var sm = new superman();
    var b = new bird();
    letsFly(sm);//superman fly
    letsFly(b);//bird fly;

LetsFly()方法，C#跟JS接受的同样都是Hero这个对象

对于C#而言，LetsFly方法要求不管是神马Hero，只要实现了基类Hero的Fly，它就能执行LetsFly方法，以后即使有再多的英雄，继承Hero即可。

而JS，LetsFly方法要求不管是神马对象，只要有Fly方法，它就能执行LetsFly方法，以后即使有再多的英雄，英雄会Fly即可。

对比之下，优缺点是显而易见的，前者受到束缚，尤其在复杂类型之间继承与引用提现的更加凸显，但类型安全性高；

后者无拘无束，但类型安全性低，如上例子，LetsFly传入的可能不是Hero，很可能是Bird。

闭包与高阶函数

关于闭包“closure”，刚开始接触的时候，百度了N遍相关教程还是看得我一头雾水，
听说还会有内存泄露的问题，好吧，在开发中干脆就不用吧。直到有一天，偶尔看到高阶函数，对于闭包以及整个JS语言的理解可以说产生了翻天覆地的变化。

在这之前，先给大家回顾一下，闭包之所以成为闭包之前，有一个很重要的前提概念：变量的生命周期。
在函数体内，var定义的变量，变量属于函数内，函数外无法访问；反之如果没有定义var的变量，像x=12，x属于全局变量。
全局变量的生命周期是永久的，由页面加载到关闭；而内部变量，从函数执行到结束，GC检测到内部变量没有再被使用则会销毁它。

    var fn = function () {
        var a = "a";
        b = "b";
        var fni = function () {
            c = "c";
        }();
    }();
    //console.log(a);//a is not defined
    console.log(b);//b
    console.log(c);//c

关键就在这，如果内部变量在函数执行结束后，仍然有被使用呢？

解决方案就是——高阶函数。

高阶函数名字看起来高端，实际很简单，满足以下条件其一就是高阶函数：

1、函数的参数是函数；

2、函数的返回值是函数；

    function myFunction() {
        console.log("我是个函数");
    };
    //高阶函数1——函数的参数是函数
    function fnHO1(fn) {
        fn();
    }
    //高阶函数2——函数的返回值是函数
    function fnHO2() {
        return myFunction;
    };
    //调用高阶函数1
    fnHO1(myFunction);//我是个函数
    //调用高阶函数2
    fnHO2();//神马都没有发生
    //调用高阶函数2，获得的是它的内部函数体
    var f2 = fnHO2();
    //再执行，才是调用它的内部函数
    f2();//我是个函数

在高阶函数的基础，我们来看看，史上最经典的闭包实例。

    function add_outer() {
        var i = 1;
        //返回值是内部函数，inner调用了其外部的变量
        //所以inner执行结束时，i没有被销毁
        return function inner() {
            i++;
            return i;
        };
    };
    //执行add_outer获取的是它的内部函数体inner，但没有执行
    var inner = add_outer();
    //真正执行的时候，变量i没有被销毁，形成递增
    console.log(inner());//2
    console.log(inner());//3
    console.log(inner());//4

我对于闭包的理解很简单：==函数返回值是个内部函数，内部调用了函数的内部变量==。

两个条件，缺一不可。如果将以上例子改一下，内部有函数，但不是返回值，就不是闭包了。

    function add_outer() {
        var i = 1;
        //返回值不是函数，形成不了闭包
        function inner() {
            i++;
            console.log(i);
        };
        inner();
    };
    //执行多次，值也不会变
    add_outer();//2
    add_outer();//2

也许大家会疑问，既然内部变量i在函数结束后仍然使用，导致GC无法回收其内存，那不就是内存泄露吗？
是的。其实我们反过来想，如果我们不使用闭包的方式实现以上累加的例子，改为使用全局变量存放变量i，全局变量i是否同样也是不能被回收呢？！

    //function add_outer() {
        var i = 1;
        function inner() {
            i++;
            return i;
        };
    //};
    ////执行add_outer获取的是它的内部函数体inner，但没有执行
    //var inner = add_outer();
    //真正执行的时候，变量i没有被销毁，形成递增
    console.log(inner());//2
    console.log(inner());//3
    console.log(inner());//4

因此，闭包与高阶函数，只是函数式编程的编写方式，即使并不是造成内存泄露的原因。关于闭包与内存泄露的问题，请移步 http://www.cnblogs.com/yakun/p/3932026.html

原型模式、闭包与高阶函数应该可以说是JS设计模式的基础要领吧。在下一章，再分享一下JS的几种常用设计模式。

还是像前面所说的，有什么地方说错，望大家指正。