9.3. Классы в стиле Java

Если вам приходилось программировать на языке Java или других объектно-ориентированных языках со строгим контролем типов, вы, возможно, привыкли считать, что классы могут иметь четыре типа членов:

Поля экземпляра

Это свойства, или переменные экземпляра, хранящие информацию о конкретном объекте.

Методы экземпляров

Методы, общие для всех экземпляров класса, которые вызываются относительно конкретного объекта.

Поля класса

Это свойства, или переменные, всего класса в целом, а не конкретного экземпляра.

Методы класса

Методы всего класса в целом, а не конкретного экземпляра.

Одна из особенностей языка JavaScript, отличающая его от языка Java, состоит в том, что функции в JavaScript являются значениями, и поэтому нет четкой границы между методами и полями. Если значением свойства является функция, это свойство определяется как метод. В противном случае это обычное свойство, или «поле». Но, несмотря на эти отличия, имеется возможность имитировать все четыре категории членов классов в языке JavaScript. Определение любого класса в языке JavaScript вовлекает три различных объекта (рис. 9.1), а свойства этих трех объектов действуют подобно различным категориям членов класса:

Объект-конструктор

Как уже было отмечено, функция-конструктор (объект) в языке JavaScript определяет имя класса. Свойства, добавляемые в этот объект конструктора, играют роль полей класса и методов класса (в зависимости от того, является ли значение свойства функцией или нет).

Объект-прототип

Свойства этого объекта наследуются всеми экземплярами класса, при этом свойства, значениями которых являются функции, играют роль методов экземпляра класса.

Объект экземпляра

Каждый экземпляр класса - это самостоятельный объект, а свойства, определяемые непосредственно в экземпляре, не являются общими для других экземпляров. Свойства экземпляра, которые не являются функциями, играют роль полей экземпляра класса.

Процесс определения класса в языке JavaScript можно свести к трем этапам. Во-первых, написать функцию-конструктор, которая будет определять свойства экземпляра в новом объекте. Во-вторых, определить методы экземпляров в объекте-прототипе конструктора. В-третьих, определить поля класса и свойства класса в самом конструкторе. Этот алгоритм можно упростить еще больше, определив простую функцию defineClass(). (В ней используется функция extend() из примера 6.2 с исправлениями из примера 8.3):

// Простая функция для определения простых классов

function defineClass(constructor, // Функция, определяющая свойства экземпляра

                     methods, // Методы экземпляров: копируются в прототип

                     statics) // Свойства класса: копируются в конструктор

{

  if (methods) extend(constructor.prototype, methods);

  if (statics) extend(constructor, statics);

  return constructor;

}

// Простейший вариант нашего класса Range

var SimpleRange =

    defineClass(function(f,t) { this.f = f; this.t = t; },

      {

        includes: function(x) { return this.f<=x && x <= this.t;},

        toString: function() { return this.f + "..." + this.t; }

      },

      { upto: function(t) { return new SimpleRange(0, t); } });

В примере 9.3 приводится более длинное определение класса. В нем создается класс, представляющий комплексные числа, и демонстрируется, как имитировать члены класса в стиле Java. Здесь все делается «вручную» - без использования функции defineClass(), представленной выше.

Пример 9.3. Complexes: Класс комплексных чисел

/*

 * Complex.js:

 * В этом файле определяется класс Complex, представляющий комплексные числа.

 * Напомню, что комплексные числа представляют собой сумму вещественной и мнимой части,

 * где множитель і в мнимой части - это квадратный корень из -1.

*/

/*

 * Функция-конструктор определяет поля экземпляра r и і

 * в каждом создаваемом экземпляре.

 * Эти поля хранят значения вещественной и мнимой частей комплексного числа:

 * они хранят информацию, уникальную для каждого объекта.

*/

function Complex(real, imaginary) {

  if (isNaN(real) || isNaN(imaginary)) // Убедиться, что аргументы - числа.

    throw new ТуреЕггог(); // Иначе возбудить исключение,

  this.r = real;         // Вещественная часть числа,

  this.і = imaginary;    // Мнимая часть числа.

}

/*

 * Методы экземпляров класса определяются как свойства-функции объекта-прототипа.

 * Методы, определяемые ниже, наследуются всеми экземплярами и обеспечивают общность

 * поведения класса. Обратите внимание, что методы экземпляров в JavaScript

 * должны использовать ключевое слово this для доступа к полям экземпляра.

*/

// Складывает комплексное число that с текущим и возвращает сумму в виде нового объекта.

Complex.prototype.add = function(that) {

  return new Complex(this.r + that.r, this.і + that.і);

};

// Умножает текущее комплексное число на число that и возвращает произведение.

Complex.prototype.mul = function(that) {

  return new Complex(this.r * that.r - this.і * that.і, this.r * that.і + this.і * that.r);

}:

// Возвращает вещественный модуль комплексного числа. Он определяется

// как расстояние до числа на комплексной плоскости от точки (0.0).

Complex.prototype.mag = function() {

  return Math.sqrt(this.r*this.r + this.i*this.i);

};

// Возвращает комплексное число с противоположным знаком.

Complex.prototype.neg = function() { return new Complex(-this.r, -this.i); };

// Преобразует объект Complex в строку в понятном формате.

Complex.prototype.toString = function() {

  return "{" + this.r + "," + this.i + '}';

};

// Проверяет равенство данного комплексного числа с заданным.

Complex.prototype.equals = function(that) {

  return that != null &&                  // должно быть определено, не равно null

  that.constructor === Complex &&         // и быть экземпляром Complex

  this.r === that.r && this.i === that.i; // и иметь те же значения.

};

/*

* Поля класса (например, константы) и методы класса определяются как свойства

* конструктора. Обратите внимание, что в методах класса вообще не используется

* ключевое слово this: они выполняют операции только со своими аргументами.

*/

// Ниже определяется несколько полей класса, хранящих предопределенные

// комплексные числа. Их имена состоят исключительно из заглавных символов,

// чтобы показать, что они являются константами.

// (В ECMAScript 5 эти свойства можно было бы сделать доступными только для чтения)

Complex.ZERO = new Complex(0,0);

Complex.ONE = new Complex(1,0);

Complex.I = new Complex(0,1);

// Следующий метод анализирует строку в формате, возвращаемом методом

// экземпляра toString, и возвращает объект Complex или возбуждает исключение ТуреЕггог.

Complex.parse = function(s) {

  try { // Предполагается, что анализ пройдет успешно

    var m = Complex._format.exec(s); // Регулярное выражение

    return new Complex(parseFloat(m[1]), parseFloat(m[2]));

  } catch (x) { // Возбудить исключение в случае неудачи

    throw new TypeError("Строка + s + "' не может быть преобразована” +

                         в комплексное число.");

  }

};

// "Частное" поле класса, используемое методом Complex.parse().

// Символ подчеркивания в его имени указывает, что оно предназначено

// для внутреннего использования и не является частью общедоступного API класса.

Complex._format = /^{([^,]+),([^}]+)}$/;

Определение класса Complex, представленное в примере 9.3, позволяет использовать конструктор, поля экземпляра, методы экземпляров, поля класса и методы класса, как показано ниже:

var с = new Complex(2,3);     // Создать новый объект с помощью конструктора

var d = new Complex(c.i.c.r); // Использовать свойства экземпляра с

c.add(d).toString();          // => "{5.5}": использовать методы экземпляров

// Более сложное выражение, в котором используются метод и поле класса

Complex.parse(c.toStringO).   // Преобразовать с в строку и обратно,

add(c.neg()).                 // сложить с числом с противоположным знаком,

equals(Complex.ZERO)          // и результат всегда будет равен нулю

Несмотря на то что язык JavaScript позволяет имитировать члены классов в стиле языка Java, тем не менее в Java существует множество особенностей, которые не поддерживаются классами в языке JavaScript. Во-первых, в методах экземпляров классов в языке Java допускается использовать поля экземпляра, как если бы они были локальными переменными, - в Java нет необходимости предварять их ссылкой this. В языке JavaScript такая возможность не поддерживается, но похожего эффекта можно добиться с помощью инструкции with (хотя это и не рекомендуется):

Complex.prototype.toString = function() {

  with(this) {

    return + r + " + і +

  }

}; 

В языке Java поддерживается возможность объявлять поля со спецификатором final, чтобы показать, что они являются константами, и объявлять поля и методы со спецификатором private, чтобы показать, что они являются частными для реализации класса и недоступны пользователям класса. В языке JavaScript эти ключевые слова отсутствуют, поэтому, чтобы обозначить частные свойства (имена которых начинаются с символа подчеркивания) и свойства, доступные только для чтения (имена которых содержат только заглавные символы), в примере 9.3 используются соглашения по именованию. Мы еще вернемся к этим двум темами ниже в этой главе: частные свойства можно имитировать с помощью локальных переменных в замыканиях (раздел 9.6.6), а возможность определения свойств-констант поддерживается стандартом ECMAScript 5 (раздел 9.8.2).