深入理解Angular.JS中的Scope继承

前言

AngularJS中scope之间的继承关系使用JavaScript的原型继承方式实现。本文结合AngularJS Scope的实现以及相关资料谈谈原型继承机制。下面来看看详细的介绍：

基本原理

在JavaScript中，每创建一个构造函数（constructor），就会同时给该函数生成一个指向原型对象的属性prototype。每个原型对象又获得一个constructor属性指向相应的构造函数，原型对象的其他属性和方法从Object继承而来。每个通过构造函数创建的实例，都包含一个指向构造函数原型对象的内部属性[[Prototype]]（在浏览器中通常实现为__proto__）。构造函数、原型对象和实例三者的关系如下 （图片来源：《JavaScript高级程序设计（第3版）》）：

person1和person2为构造函数Person创建的两个实例，可以通过[[Prototype]]属性访问原型对象Person Prototype，获得原型中定义的所有方法和属性。Person构造函数的prototype属性同样指向Person Prototype原型对象。以上这些概念是理解原型继承的基础，下面我们来看原型链的概念。如果把一个类型的实例赋值给一个原型对象会发生什么？根据上图中的关系，此时的原型对象包含指向另一个原型的属性，而另一个原型中也包含着指向另一个构造函数的属性。

效果如下图：

SuperType为一个父类型，在原型中定义了属性property和方法getSuperValue；SubType是一个子类型，定义了属性subproperty和方法getSubValue。instance为SubType的一个实例。这里通过下面的关键代码，将SubType的原型对象变为SuperType对象的实例：

SubType.prototype = new SuperType(); 
SubType.prototype.getSubValue = function(){ 
 return this.subproperty; 
}; 

我们看到，SubType的原型对象中有来自SuperType实例对象的property属性，以及自己在原型上定义的getSubValue方法，通过[[Prototype]]属性，又可以进一步访问SuperType原型对象中的成员。假如SuperType的原型也被赋值成某个类型的实例，依次类推，那么可以通过[[Prototype]]属性一直向上回溯，形成一条直通Object原型对象的原型链。上面的例子只展示了链条的前两环。

通过原型链的实现，SubType的实例继承了SuperType实例的的所有实例成员和原型成员。例如，若要访问instance.getSuperValue，首先在instance实例内部搜索，没有该方法；然后通过原型链向上回溯，找到SubType原型对象，也没有该方法；再通过[[Prototype]]属性继续回溯，来到SuperType的原型对象，找到该方法。

以上描述的这种继承方式就是原型继承。在ES5以后，可以使用Object提供的create方法规范化上述过程，详细请参考这里。AngularJS的Scope继承关系的实现类似上述过程。

Scope继承实现

在Angular中，想要定义一个Scope的child Scope可以通过scope.$new方法实现，而$new方法本身的实现就体现了上述原型继承的思想。首先，$new方法接受两个参数：isolated和parent。第一个参数表示创建的child scope是否是一个隔离的（isolated)。隔离的scope不继承parent scope的原型，只是在层次结构(hierachy)上属于其child scope，这种结构是Digest过程的基础。isolated scope的一个好处是避免parent scope的成员被更改，在directive的实现里很有用。第二个参数指定创建的child scope的parent scope，如果不指定，默认为当前调用$new方法的scope。Angular中$new的实现类似：

$new : function(isolate, parent) { 
  var child; 
  parent = parent || this; 
  if (isolate) { 
   child = new Scope(); 
   child.$root = this.$root; 
  } else { 
   if (!this.$$ChildScope) { 
   this.$$ChildScope = createChildScopeClass(this); 
   } 
   child = new this.$$ChildScope(); 
  } 
  child.$parent = parent; 
  //... 
  return child; 
},//... 

可以看出，如果是isolate为true，则使用Scope类型构造函数创建一个child对象。如果isolate为false或者未指定，则创建一个child scope原型继承于当前scope，这个过程由createChildScopeClass提供的构造函数实现：

function createChildScopeClass(parent) { 
 function ChildScope() { 
  this.$$watchers = null; 
  this.$$listeners = {};//... 
 } 
 ChildScope.prototype = parent; 
 return ChildScope; 
 } 

这里定义了ChildScope类型，包括其需要的属性。然后将该类型的prototye属性设置为传入的scope实例（即前面的this），这就是前面阐述的原型继承。之后通过ChildScope创建的scope对象都是原型继承于parent的，即可以访问parent scope的所有成员。结合$new的代码，如果child非隔离，则child可以访问当前scope对象中的所有成员（例如$digest，$apply等方法以及自定义成员）。这就解释了在我们自己创建的controller对应的scope里，可以访问$rootScope提供的成员，因为我们的scope最终原型继承自root scope，因而可以通过原型链向上回溯到root scope的实例。

在前面一篇文章中，谈到了Angular中Digest过程。当调用scope.$apply方法时，实际上是从root scope开始，按照scope的层次结构，调用每个scope的$digest方法。这就是为什么在Scope的构造函数中会设置$root属性：

function Scope() { 
  this.$parent = null;//... 
  this.$root = this; 
  this.$$destroyed = false; 
  this.$$listeners = {}; 
  //... 
} 

对于一般child scope，$root会通过原型继承得到，在root scope构造以后，后续的scope都可以访问$root对象，即是root scope对象。对于isolated scope，由于是通过Scope构造函数创建（非原型继承），$root被child scope覆盖，需要将$root属性设置为parent的$root属性，如前面$new的实现。这就保证了在任何一个scope中始终能拿到root scope的实例，也就可以完成自上而下的Digest过程，在$apply等方法的实现中，使用$rootScope代替$root，二者相同：

$apply: function(expr) { 
  beginPhase('$apply'); 
  try { 
   return this.$eval(expr); 
  } finally { 
   clearPhase(); 
  } 
  finally { 
   $rootScope.$digest(); 
  } 
},//... 

$rootScope是$RootScopeProvider提供的Scope类型实例，是最先初始化的scope对象。在开发中，我们可以这样使用child scope：

.controller('smallCatCtrl', [ 
 '$scope', function($scope){ 
    
  var child = $scope.$new(); 
  child.text = 'cat'; 
   
  var child1 = $scope.$new(true); 
  child1.value = 0; 
   
   var child2 = $scope.$new(true, child); 
   child2.value = 1; 
   
  child2.$watch('value', function(oldValue, newValue){ 
   console.log('child2.value changed'); 
  }); 
  child1.$watch('value', function(oldValue, newValue){ 
   console.log('child1.value changed'); 
  }) 
  child.$watch('text', function(oldValue, newValue){ 
   console.log('child.text changed'); 
  }); 
  console.log(child2.text); 
 
 }]); 

在这段代码中，首先创建$scope的一个子scope----child，没有给$new指定参数，意味着child原型继承于$scope。同时定义了child的属性text。接下来创建$scope的第二个子scope----child1，传入$new的参数要求child1是isolated scope，并且在层次结构上是$scope的后代。同时定义了其value属性。最后创建scope child2，它也是一个isolated scope，不同的是它以child为层次结构上的parent scope。

这段代码的输出如下：

首先，child2只是在层次结构上继承于child，因此没有把child实例作为原型，也就没有text属性，第一行输出undefined。
由于Digest过程按scope层次结构自上而下进行，类似于树的深度遍历过程。在该例中scope的顺序为$scope->child->child2->child1，因此三个watch listener函数的输出也按照上面的顺序。

本文参考资料：

1. AngularJS 官方文档

2. AngularJS 源代码

3. JavaScript 高级程序设计（第3版）

4. Build Your Own AngularJS

总结