跨越邊界: JavaScript 語言特性
研究編程語言中的“丑小鴨”
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級別: 初級
Bruce Tate
(bruce.tate@j2life.com), 總裁, RapidRed
2007 年 1 月 18 日
JavaScript 常被人們認(rèn)為是編程語言中無足輕重的一員。這種觀點的形成可以“歸功”于其開發(fā)工具、復(fù)雜且不一致的面向 HTML 頁面的文檔對象模型以及不一致的瀏覽器實現(xiàn)。但 JavaScript 絕對不僅僅是一個玩具這么簡單。在本文中，Bruce Tate 向您介紹了 JavaScript 的語言特性。
幾乎每個 Web 開發(fā)人員都曾有過詛咒 JavaScript 的經(jīng)歷。這個備受爭議的語言受累于其復(fù)雜的稱為文檔對象模型 (DOM)的編程模型、糟糕的實現(xiàn)和調(diào)試工具以及不一致的瀏覽器實現(xiàn)。直到最近，很多開發(fā)人員還認(rèn)為 Javascript 從最好的方面說是無可避免之災(zāi)禍，從最壞的方面說不過是一種玩具罷了。
然而 JavaScript 現(xiàn)在開始日益重要起來，而且成為了廣泛應(yīng)用于 Web 開發(fā)的腳本語言。JavaScript 的復(fù)蘇使一些業(yè)界領(lǐng)袖人物也不得不開始重新審視這種編程語言。諸如 Ajax (Asynchronous JavaScript + XML) 這樣的編程技術(shù)讓 Web 網(wǎng)頁更加迷人。而完整的 Web 開發(fā)框架，比如 Apache Cocoon，則讓 JavaScript 的應(yīng)用越來越多，使其不只限于是一種用于制作 Web 頁面的簡單腳本。JavaScript 的一種稱為 ActionScript 的派生物也推動了 Macromedia 的 Flash 客戶端框架的發(fā)展。運(yùn)行在 JVM 上的實現(xiàn) Rhino 讓 JavaScript 成為了 Java? 開發(fā)人員所首選的一類腳本語言（參見 參考資料）。
我的好友兼同事 Stuart Halloway 是 Ajax 方面的專家，曾在其教授的 JavaScript 課程中做過這樣的開場白：“到 2011 年，JavaScript 將被公認(rèn)為是一種擁有開發(fā)現(xiàn)代應(yīng)用程序所需的一整套新特性的語言” 。他繼而介紹說 JavaScript 程序要比類似的 Java 程序緊密十倍，并繼續(xù)展示了使其之所以如此的一些語言特性。
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關(guān)于這個系列
在 跨越邊界系列中，作者 Bruce Tate 提出了這樣一個主張：今天的 Java 程序員通過學(xué)習(xí)其他技術(shù)和語言，會得到很好的幫助。編程領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了變化，Java 技術(shù)不再是所有開發(fā)項目理所當(dāng)然的最佳選擇。其他框架正在影響 Java 框架構(gòu)建的方式，而從其他語言學(xué)到的概念也有助于 Java 編程。對 Python（或 Ruby、Smalltalk 等等）代碼的編寫可能改變 Java 編碼的方式。
這個系列介紹的編程概念和技術(shù)，與 Java 開發(fā)有根本的不同，但可以直接應(yīng)用于 Java 編程。在某些情況下，需要集成這些技術(shù)來利用它們。在其他情況下，可以直接應(yīng)用這些概念。單獨(dú)的工具并不重要，重要的是其他語言和框架可以影響 Java 社區(qū)中的開發(fā)人員、框架，甚至是基本方式。
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在這篇文章中，我將帶您探究 JavaScript 的一些特性，看看這些特性如何讓它如此具有吸引力：
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高階函數(shù)： 一個高階函數(shù)可以將函數(shù)作為參數(shù)，也可以返回一個函數(shù)。此特性讓 JavaScript 程序員可以用 Java 語言所不能提供的方法來操縱函數(shù)。
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動態(tài)類型：通過延遲綁定，JavaScript 可以更準(zhǔn)確和更靈活。
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靈活的對象模型：JavaScript 的對象模型使用一種相對不常見的方式進(jìn)行繼承 —— 稱為原型 —— 而不是 Java 語言中更常見的基于類的對象模型。
您可能已經(jīng)熟悉動態(tài)類型模型、高階函數(shù)形式的函數(shù)式編程以及開放對象模型這些概念，因為我在其他的跨越邊界 系列文章中已經(jīng)作過相關(guān)的介紹。如果您從未進(jìn)行過任何正式的 JavaScript 開發(fā)，您很可能會認(rèn)為這些特性屬于非常復(fù)雜的語言，例如 Python、Lisp、Smalltalk 和 Haskell，而絕非像 JavaScript 這樣的語言所能提供的。因此，我將用實際的代碼示例來說明這些概念。
立即開始
您無需設(shè)置 JavaScript。如果您可以在瀏覽器中閱讀此篇文章，就證明您已經(jīng)準(zhǔn)備就緒了。本文包含的所有編程示例都可以在大多數(shù)瀏覽器內(nèi)運(yùn)行。我使用的是 Firefox。
用在 <script type='text/javascript'> 和 </script> 標(biāo)記之間所包含的 JavaScript 加載簡單的 Web 頁面。清單 1 可以顯示 Hello, World 文本：
清單 1. Hello, world
<script type='text/javascript'>
alert('Hello, World.')
</script>
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要運(yùn)行此代碼，只需創(chuàng)建一個名為 example1.html 的文件。將清單 1 的代碼復(fù)制到該文件內(nèi)，并在瀏覽器中加載此文件（參看 下載 部分以獲得本文使用的所有示例 HTML 文件）。注意到每次重載此頁面時，該代碼都會立即執(zhí)行。
alert 是個函數(shù)調(diào)用，只有一個字符串作為參數(shù)。圖 1 顯示了由清單 1 中的代碼彈出的警告框，顯示文本 “Hello, World”。如果代碼在 HTML body 之內(nèi)（目前并未指定任何 body，但瀏覽器能接受不規(guī)則的 HTML，并且整個頁面都默然作為一個 body 被處理）。頁面一旦加載，JavaScript 就會立即執(zhí)行。
圖 1. Hello, world
如果要延遲執(zhí)行，可以在 HTML <head> 元素聲明 JavaScript 函數(shù)，如清單 2 所示：
清單 2. 延遲執(zhí)行
<head>
<script type='text/javascript'>
function hello() {
alert('Hello, World.')
}
</script>
</head>
<body>
<button onclick="hello();">Say Hello</button>
</body>
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將清單 2 中的代碼輸入到一個 HTML 文件，在瀏覽器內(nèi)加載該文件，單擊 Say Hello 按鈕，結(jié)果如圖 2 所示：
圖 2. 延遲執(zhí)行
高階函數(shù)
從 清單 2，可以大致體會到一些 JavaScript 在操縱函數(shù)方面的能力。將函數(shù)名稱傳遞給 HTML button 標(biāo)記并利用 HTML 的內(nèi)置事件模型。使用 JavaScript 時，我會經(jīng)常在變量或數(shù)組中存儲函數(shù)（在本文后面的 對象模型 一節(jié)，您會看到 JavaScript 對象模型策略大量使用了此技巧）。例如，查看一下清單 3：
清單 3. 用變量操縱函數(shù)
<head>
<script type='text/javascript'>
hot = function hot() {
alert('Sweat.')
}
cold = function cold() {
alert('Shiver.')
}
function swap() {
temp = hot
hot = cold
cold = temp
alert('Swapped.')
}
</script>
</head>
<body>
<button onclick="hot();">Hot</button>
<button onclick="cold();">Cold</button>
<button onclick="swap();">Swap</button>
</body>
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函數(shù)是 JavaScript 中的一類對象，可以自由地操縱它們。首先我聲明兩個函數(shù)：hot 和 cold。并分別在不同的變量存儲它們。單擊 Hot 或 Cold 按鈕會調(diào)用對應(yīng)的函數(shù)，生成一個告警。接下來，聲明另一個函數(shù)用來交換 Hot 和 Cold 按鈕的值，將此函數(shù)與第三個按鈕關(guān)聯(lián)，該按鈕顯示如圖 3 所示的告警：
圖 3. 操縱函數(shù)
這個例子說明可以像處理其他變量一樣處理函數(shù)。C 開發(fā)人員很容易將此概念看作是函數(shù)指針 功能，但 JavaScript 的高階函數(shù)的功能更為強(qiáng)大。該特性讓 JavaScript 程序員能夠像處理其他變量類型一樣輕松處理動作或函數(shù)。
將函數(shù)用作函數(shù)的參數(shù)，或?qū)⒑瘮?shù)作為值返回，這些概念屬于高階函數(shù)的領(lǐng)域。清單 4 對 清單 3 做了一點點修改，顯示了能返回函數(shù)的高階函數(shù)：
清單 4. 高階函數(shù)
<head>
<script type='text/javascript'>
function temperature() {
return current
}
hot = function hot() {
alert('Hot.')
}
cold = function cold() {
alert('Cold.')
}
current = hot
function swap() {
if(current == hot) {
current = cold
} else {
current = hot
}
}
</script>
</head>
<body>
<button onclick="funct = temperature()();">Temperature</button>
<button onclick="swap();">Swap</button>
</body>
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這個例子解決了一個常見問題：如何將更改中的行為附加到用戶接口事件？通過高階函數(shù)，這很容易做到。temperature 高階函數(shù)返回 current 的值，而 current 又可以有 hot 或 cold 函數(shù)。看一下這個有些陳舊的函數(shù)調(diào)用：temperature()()。第一組括號用于調(diào)用 temperature 函數(shù)。第二組括號調(diào)用由 temperature返回 的函數(shù)。圖 4 顯示了輸出：
圖 4. 高階函數(shù)
高階函數(shù)是函數(shù)式編程的基礎(chǔ)，對比面向?qū)ο缶幊蹋瘮?shù)式編程代表了更高級別的抽象。但 JavaScript 的實力并不僅限于高階函數(shù)。JavaScript 的動態(tài)類型就極為適合 UI 開發(fā)。
動態(tài)類型
通過靜態(tài)類型，編譯器可以檢查參數(shù)和變量的值或針對一個給定操作所允許的返回值。其優(yōu)勢是編譯器可以做額外的錯誤檢查。而且靜態(tài)類型還可以為諸如 IDE 這樣的工具提供更多信息，帶來其他一些特性，比如更好的代碼完成功能。但靜態(tài)類型也存在著如下一些劣勢：
- 必須提前聲明意圖，這常常會導(dǎo)致靈活性降低。例如，更改一個 Java 類就會更改類的類型，因而必須重新編譯。對比之下，Ruby 允許開放的類，但更改一個 Java 類還是會更改類的類型。
- 要實現(xiàn)相同的功能，必須輸入更多的代碼。例如，必須用參數(shù)形式包括進(jìn)類型信息，必須用函數(shù)形式返回值和所有變量的類型。另外，還必須聲明所有變量并顯式地轉(zhuǎn)化類型。
- 靜態(tài)語言的編譯-部署周期要比動態(tài)語言的部署周期長，盡管一些工具可被用來在某種程度上緩解這一問題。
靜態(tài)類型更適合用于構(gòu)建中間件或操作系統(tǒng)的語言中。UI 開發(fā)常常需要更高的效率和靈活性，所以更適合采用動態(tài)類型。我深知這種做法存在危險。相信使用過 JavaScript 的 Web 開發(fā)人員都曾經(jīng)為編譯器本應(yīng)檢測到的錯誤類型的變量而絞盡腦汁。但它所帶來的優(yōu)勢同樣不可否認(rèn)。下面將舉例加以說明。
首先，考慮一個對象的情況。在清單 5 中，創(chuàng)建一個新對象，并訪問一個不存在的屬性，名為 color：
清單 5. 引入一個屬性
<script type='text/javascript'>
blank_object = new Object();
blank_object.color = 'blue'
alert('The color is ' + blank_object.color)
</script>
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當(dāng)加載并執(zhí)行此應(yīng)用程序時，會得到如圖 5 所示的結(jié)果：
圖 5. 引入屬性
JavaScript 并不會報告 blue 屬性不存在的錯誤。靜態(tài)類型的擁護(hù)者大都會被本例所嚇倒，因為本例中的錯誤被很好地隱匿了。雖然這種做法多少會讓您感覺有些不正當(dāng)，但您也不能否認(rèn)它巨大的誘惑力。您可以很快引入屬性。如果將本例和本文之前的例子結(jié)合起來，還可以引入行為。記住，變量可以保存函數(shù)！所以，基于動態(tài)類型和高階函數(shù)，您可以在任何時候向類中引入任意的行為。
可以輕松地重寫 清單 5，使其如清單 6 所示：
清單 6. 引入行為
<script type='text/javascript'>
blank_object = new Object();
blank_object.color = function() { return 'blue'}
alert('The color is ' + blank_object.color())
</script>
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從上例可以看出，在 JavaScript 的不同概念之間可以如此輕松地來回變換，其含義上的變化很大 —— 比如，是引入行為還是引入數(shù)據(jù) —— 但語法上的變化卻很小。該語言很好的延展性是它的一種優(yōu)勢，但同樣也是其缺點所在。實際上，該語言本身的對象模型就是 JavaScript 延展程度的一種體現(xiàn)。
對象模型
到目前為止，您應(yīng)該對 JavaScript 有一個正確的評價了，它絕非只如一個玩具那么簡單。事實上，很多人都使用過其對象模型創(chuàng)建過極為復(fù)雜、設(shè)計良好的面向?qū)ο筌浖５珜ο竽Ｐ陀绕涫怯糜诶^承的對象模型又非您一貫認(rèn)為的那樣。
Java 語言是基于類的。當(dāng)構(gòu)建應(yīng)用程序時，也同時構(gòu)建了可以作為所有對象的模板的新類。然后調(diào)用 new 來實例化該模板，創(chuàng)建一個新對象。而在 JavaScript 中，所創(chuàng)建的是一個原型，此原型是一個實例，可以創(chuàng)建所有未來的對象。
現(xiàn)在先暫且放下這些抽象的概念，去查看一些實際代碼。比如，清單 7 創(chuàng)建了一個簡單的 Animal，它具有 name 屬性和 speak 動作。其他動物會從這個基礎(chǔ)繼承。
清單 7. 創(chuàng)建一個構(gòu)造函數(shù)
<script type='text/javascript'>
Animal = function() {
this.name = "nobody"
this.speak = function () {
return "Who am I?"
}
}
myAnimal = new Animal();
alert('The animal named ' + myAnimal.name +
' says ' + myAnimal.speak());
</script>
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清單 7 的結(jié)果如圖 6 所示：
圖 6. 創(chuàng)建一個構(gòu)造函數(shù)
對于 Java 開發(fā)人員而言，清單 7 中的代碼看起來多少有點生疏和奇怪。實際上對于沒有親自構(gòu)建過對象的許多 JavaScript 開發(fā)人員來說，這些代碼同樣看起來有點生疏和奇怪。也許，下面的解釋可以讓大家能夠更好地理解這段代碼。
實際上，您只需重點關(guān)注其中三段信息。首先，JavaScript 用嵌套函數(shù)表示對象。這意味著清單 7 中的 Animal 的定義是一種有效的語法。第二，JavaScript 基于原型或現(xiàn)有的對象的實例來構(gòu)造對象，而非基于類模板。funct() 是一種調(diào)用，但 new Animal() 卻基于 Animal 內(nèi)的原型構(gòu)造一個對象。最后，在 JavaScript 中，對象只是函數(shù)和變量的集合。每個對象并不與類型相關(guān)，所以可以自由地修改這種結(jié)構(gòu)。
回到 清單 7。如您所見，JavaScript 基于在 Animal 中指定的原型定義一個新對象：myAnimal。繼而可以使用原型中的屬性和函數(shù)，甚或重定義函數(shù)和屬性。這種靈活性可能會讓 Java 開發(fā)人員受不了，因為他們不習(xí)慣這種行為，但它的確是一種十分強(qiáng)大的模型。
現(xiàn)在我還要更深入一步。您還可以使用名為 prototype 實例變量來指定對象的基礎(chǔ)。方法是設(shè)置 prototype 實例變量使其指向繼承鏈的父。如此設(shè)置 prototype 之后，您所創(chuàng)建的對象會為未指定的那些對象繼承屬性和函數(shù)。這樣一來，您就可以模仿面向?qū)ο蟮睦^承概念。以清單 8 為例：
清單 8. 通過原型繼承
<script type='text/javascript'>
Animal = function() {
this.name = "nobody"
this.speak = function () {
return "Who am I?"
}
}
Dog = function() {
this.speak = function() {
return "Woof!"
}
}
Dog.prototype = new Animal();
myAnimal = new Dog();
alert('The animal named ' + myAnimal.name +
' says ' + myAnimal.speak());
</script>
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在清單 8 中，創(chuàng)建了一個 Dog 原型。此原型基于 Animal。Dog 重定義 speak() 方法但卻不會對 name() 方法做任何改動。隨后，將原型 Dog 設(shè)置成 Animal。圖 7 顯示了其結(jié)果：
圖 7. 通過原型繼承
這也展示了 JavaScript 是如何解決到屬性或方法的引用問題的：
- JavaScript 基于原始的原型創(chuàng)建實例，該原型在構(gòu)造函數(shù)中定義。任何對方法或?qū)傩缘囊枚紩褂盟傻脑几北尽?br />
- 您可以在對象內(nèi)像定義其他任何變量一樣重新定義這些變量。這樣做必然會更改此對象。所以您顯式定義的任何屬性或函數(shù)都將比在原始的原型中定義的那些屬性或函數(shù)優(yōu)先級要高。
- 如果您顯式設(shè)置了名為
prototype 的實例變量，JavaScript 就會在此實例中尋找任何未定義的實例變量或?qū)傩浴＿@種查找是遞歸的：如果 在 prototype 內(nèi)定義的實例不能找到屬性或函數(shù)，它就會在其 原型中查找，依此類推。
那么，JavaScript 的繼承模型到底是什么樣的？這取決于您如何對它進(jìn)行定義。您需要定義繼承行為以便可以覆蓋它。然而，從本質(zhì)上講，JavaScript 更像是一種函數(shù)式語言，而非面向?qū)ο蟮恼Z言，它使用一些智能的語法和語義來仿真高度復(fù)雜的行為。其對象模型極為靈活、開放和強(qiáng)大，具有全部的反射性。有些人可能會說它太過靈活。而我的忠告則是，按具體作業(yè)的需要選擇合適的工具。
結(jié)束語
JavaScript 對象模型構(gòu)建在該語言的其他功能之上來支持大量的庫，比如 Dojo（參見 參考資料）。這種靈活性讓每個框架能夠以一種精細(xì)的方式更改對象模型。在某種程度上，這種靈活性是一種極大的缺點。它可以導(dǎo)致可怕的互操作性問題（盡管該語言的靈活性可以部分緩解這些問題）。
而另一方面，靈活性又是一種巨大的優(yōu)勢。Java 語言一直苦于無法充分增強(qiáng)其靈活性，原因是它的基本對象模型還未靈活到可以被擴(kuò)展的程度。一個典型的企業(yè)級開發(fā)人員為能夠成功使用 Java 語言必須要學(xué)習(xí)很多東西，而新出現(xiàn)的一些優(yōu)秀的開放源碼項目和新技術(shù)，比如面向方面編程、Spring 編程框架和字節(jié)碼增強(qiáng)庫，則帶來了大量要學(xué)的代碼。
最后，JavaScript 優(yōu)秀的靈活性的確讓您體會到了一些高階語言的強(qiáng)大功能。當(dāng)然您無需選擇為每個項目或大多數(shù)項目都做這樣的權(quán)衡和折衷。但了解一種語言的優(yōu)勢和劣勢 —— 通過參考大量信息，而不僅僅基于廣告宣傳或公眾意見 —— 會讓您可以更好地控制何時需要使用以及何時不能使用這種語言。當(dāng)您在修改 JavaScript Web 小部件時，您至少知道該如何讓此語言發(fā)揮它最大的優(yōu)勢。請繼續(xù)跨越邊界吧。
參考資料
學(xué)習(xí)