实践对象构造

在前面的文章中，我们学习了 JavaScript 的面向对象理论和基本的语法知识，为之后的学习建立了良好的基础。这篇文章中我们将进行一次实战演练，通过构造 JavaScript 对象得到生动有趣的成果！

前提： 基本的计算机知识，了解 HTML 与 CSS 的基本概念，熟悉 JavaScript 基本知识（请参阅 入门 和 构建块结构）和面向对象的 JavaScript（OOJS）基础（请参阅 对象基础）。
目标： 练习使用对象，在真实环境中应用面向对象开发技术。

弹跳吧！小彩球！

本文通过编写一个弹球 demo 来展示 JavaScript 中对象的重要性。我们的小球会在屏幕上弹跳，当它们碰到彼此时会变色。最终会像这样：

这个实例将会利用 Canvas API 来在屏幕上画小球，还会用到 requestAnimationFrame API 来使整个画面动起来——我们并不要求你事先学习过这些 API 的相关知识，希望你完成这个练习之后会想去探索更多。这个过程中我们会用到一些漂亮的小东西并向你展示一些技巧，比如小球从墙上反弹，检查它们是否撞到了对方（也就是碰撞检测）。

让我们开始吧

首先下载 bouncing-balls-start.zip，其中包含以下三个文件：index.html、style.css 和 main.js。它们分别包含以下内容：

  1. 一个非常简单的 HTML 文档，包括一个 <h1> 元素、一个<canvas> 元素来画小球，还有一些元素将 CSS 和 JavaScript 运用到我们的 HTML 中。
  2. 一些非常简单的样式，主要是 <h1> 元素的样式和定位，另外还能使画面填充整个页面从而摆脱滚动条和边缘的空白（这样看起来非常简洁）
  3. 一些 JavaScript 用来设置 <canvas> 元素，并提供我们要用到的基本函数。

脚本的第一部分是这样的：

js
const canvas = document.querySelector("canvas");

const ctx = canvas.getContext("2d");

const width = (canvas.width = window.innerWidth);
const height = (canvas.height = window.innerHeight);

这个脚本使用变量代指了 <canvas> 元素，然后对其调用 getContext() 从而我们获得一个开始画画的环境。存储以上操作结果的变量（ctx）是一个对象，直接代指画布上的一块允许我们绘制 2D 图形的区域。

接下来，我们设置 width 和 height 变量，并且让画布元素的宽和高（分别使用 canvas.width 和 canvas.height 表示）等于浏览器的宽和高（也就是网页显示的区域 — 可以从 Window.innerWidth 和 Window.innerHeight参数获得）。

你会看到我们在这里串联了多个赋值表达式在一起，这样能更快地设置变量——这是完全正确的。

原始脚本最后的部分如下：

js
function random(min, max) {
  return Math.floor(Math.random() * (max - min)) + min;
}

function randomColor() {
  return (
    "rgb(" +
    random(0, 255) +
    ", " +
    random(0, 255) +
    ", " +
    random(0, 255) +
    ")"
  );
}

第一个函数为我们生成一个 min 至 max 之间的随机整数，第二个函数为我们生成一个随机的颜色值。

为程序中的小球建立模型

我们的项目中会有很多小球在屏幕上跳来跳去。因此这些小球会以相同的方式运作，从而我们可以通过一个对象实例化它们。首先，我们将下面的构造器加入到代码的底部。

js
function Ball(x, y, velX, velY, color, size) {
  this.x = x;
  this.y = y;
  this.velX = velX;
  this.velY = velY;
  this.color = color;
  this.size = size;
}

这个构造器中定义了每个小球需要的参数：

  • x 和 y 坐标——小球在屏幕上最开始时候的坐标。坐标的范围从 0（左上角）到浏览器视口的宽和高（右下角）。
  • 水平和竖直速度（velX 和 velY）——我们会给每个小球一个水平和竖直速度。实际上，当我们让这些球开始运动时候，每过一帧都会给小球的 x 和 y 坐标加一次这些值。
  • color——每一个小球会有自己的颜色。
  • size——每一个小球会有自己的大小——也就是小球的半径，以像素为单位。

这里说明了小球的属性，那么方法呢？别忘了我们要让小球动起来。

画小球

首先给小球的原型加上 draw() 方法：

js
Ball.prototype.draw = function () {
  ctx.beginPath();
  ctx.fillStyle = this.color;
  ctx.arc(this.x, this.y, this.size, 0, 2 * Math.PI);
  ctx.fill();
};

通过使用这个函数，通过使用我们之前定义的 ctx对象 的方法，我们就可以让在屏幕上画出小球了。ctx 的内容区域就像是一张纸，现在我们就可以命令我们的笔画一点东西。

  • 首先，我们使用 beginPath() 来声明我们现在要开始在纸上画一个图形了。

  • 然后，我们使用 fillStyle 来定义这个图形的颜色 — 这个值正是小球的颜色属性。

  • 接下来，我们使用 arc() 方法来在纸上画出一段圆弧。有这些参数：

    • x 和 y 是圆弧的中心的坐标——也就是小球的中心坐标。
    • 圆弧的半径——小球的半径。
    • 最后两个参数是开始和结束，也就是圆弧对应的夹角，单位以弧度表示。这里我们用的是 0 和 2 * PI，也就是 360 度（如果你设置成 0 和 1 * PI，则只会出现一个半圆，也就是 180 度）

  • 最后，我们使用 fill() 方法，也就是声明我们结束了以 beginPath() 开始的绘画，并且使用我们之前设置的颜色进行填充。

现在你已经可以测试你的对象了。

  1. 保存代码，将 HTML 加载到浏览器中。

  2. 打开浏览器中的 JavaScript 控制台，刷新页面，从而画布可以根据可视的区域调整自己的大小。

  3. 通过下面的代码创建一个小球实例。

    js
    let testBall = new Ball(50, 100, 4, 4, "blue", 10);

  4. 你可以调用实例的这些属性。

    js
    testBall.x;
testBall.size;
testBall.color;
testBall.draw();

  5. 当你键入最后一行的时候，你会在你的画布上看到一个小球被画出来了。

更新小球的数据

我们可以在一个固定位置画出小球，但是他们不会动，我们需要一个函数来更新一些东西。在 JavaScript 文件底部加上下面的代码，也就是给小球原型加上一个 update() 方法。

js
Ball.prototype.update = function () {
  if (this.x + this.size >= width) {
    this.velX = -this.velX;
  }

  if (this.x - this.size <= 0) {
    this.velX = -this.velX;
  }

  if (this.y + this.size >= height) {
    this.velY = -this.velY;
  }

  if (this.y - this.size <= 0) {
    this.velY = -this.velY;
  }

  this.x += this.velX;
  this.y += this.velY;
};

函数的前四个部分用来检查小球是否碰到画布的边缘。如果碰到，我们反转小球的速度方向来让它向反方向移动。就比如说，如果小球正向上移动（正 velY），然后垂直速度发生改变，小球就向下移动（负 velY）。

在这四部分中，我们：

  • 检查小球的 x 坐标是否大于画布的宽度（小球会从右边缘离开）。
  • 检查小球的 x 坐标是否小于 0（小球会从左边缘离开）。
  • 检查小球的 y 坐标是否大于画布的高度（小球会从下边缘离开）。
  • 检查小球的 y 坐标是否小于 0（小球会从上边缘离开）。

在每种情况下，我们都会加上小球的半径，因为 x/y 坐标是小球中心的坐标，我们希望小球在其边界接触浏览器窗口的边界时反弹，而不是小球的一部分都不见了再返回。

最后两行，我们将 velX 的值加到 x 的坐标上，将 velY 的值加到 y 坐标上——每次调用这个方法的时候小球就移动这么多。

暂时先这样做；让我们继续做一些动画！

让球动起来

现在就变得非常有趣了。我们在画布上加上一些小球，并且让他们动起来。

  1. 首先我们需要一个地方储存小球，下面的数组会干这件事——现在将它添加到你的代码底部：

    js
    let balls = [];

while (balls.length < 25) {
  let size = random(10, 20);
  let ball = new Ball(
    // 为避免绘制错误，球至少离画布边缘球本身一倍宽度的距离
    random(0 + size, width - size),
    random(0 + size, height - size),
    random(-7, 7),
    random(-7, 7),
    randomColor(),
    size,
  );
  balls.push(ball);
}

  2. 几乎所有的动画效果都会用到一个运动循环，也就是每一帧都自动更新视图。这是大多数游戏或者其他类似项目的基础。

  3. 现在将它添加到你的代码底部：

    js
    function loop() {
  ctx.fillStyle = "rgba(0, 0, 0, 0.25)";
  ctx.fillRect(0, 0, width, height);

  for (let i = 0; i < balls.length; i++) {
    balls[i].draw();
    balls[i].update();
  }

  requestAnimationFrame(loop);
}

    loop() 函数做了下面的事情：

    • 将整个画布的颜色设置成半透明的黑色。然后使用 fillRect()（这四个参数分别是起始的坐标、绘制的矩形的宽和高）画出一个填充满整个画布的矩形。这是在下一个视图画出来时用来遮住之前的视图的。如果不这样做得话，你就会在屏幕上看到一条蛇的形状而不是小球的运动了。用来填充的颜色设置成半透明的rgba(0,0,0,0.25)，也就是让之前的视图留下来一点点，从而你可以看到小球运动时的轨迹。如果你将 0.25 设置成 1 时，你就完全看不到了。试着改变其中的值查看造成的影响。
    • 当且仅当小球数量小于 25 时，将 random() 函数产生的数字传入新的小球实例从而创建一个新的小球，并且加入到数组中。因此当屏幕上有 25 个小球时，不会再出现更多小球。你可以改变这个值，从而看到不同小球个数造成的影响。如果你的电脑或者浏览器性能不怎么样的话，几千个小球的速度就会明显慢下来。
    • 遍历数组中的所有小球，并且让每个小球都调用 draw() 和 update() 函数来将自己画出来，并且再接下来的每一帧都按照其速度进行位置的更新。
    • 使用 requestAnimationFrame() 方法再运行一次函数——当一个函数正在运行时传递相同的函数名，从而每隔一小段时间都会运行一次这个函数，这样我们可以得到一个平滑的动画效果。这主要是通过递归完成的——也就是说函数每次运行的时候都会调用自己，从而可以一遍又一遍得运行。

  4. 最后但是非常重要的是，加上下面这一行——让动画开始运行的话我们需要调用这个函数。

    js
    loop();

完成这些基础的之后在浏览器打开测试一下！

添加碰撞检测

现在会更加有趣，给我们的项目加上碰撞检测，从而小球会知道他们正在撞击其他的球。

  1. 首先在 update() 方法后添加以下方法（即 Ball.prototype.update 的下面）。

    js
    Ball.prototype.collisionDetect = function () {
  for (let j = 0; j < balls.length; j++) {
    if (this !== balls[j]) {
      const dx = this.x - balls[j].x;
      const dy = this.y - balls[j].y;
      const distance = Math.sqrt(dx * dx + dy * dy);

      if (distance < this.size + balls[j].size) {
        balls[j].color = this.color = randomColor();
      }
    }
  }
};

    这个方法有一点点复杂，如果不理解的话不必过分担心，下面是对它的解释：

    • 对于每个小球，我们都要检查其他的小球是否和当前这个小球相撞了。为了达到此目的，我们构造另外一个 for 循环来遍历 balls[] 数组中的小球。
    • 在循环里面，我们使用一个 if 语句来检查遍历的小球是否是当前的小球。我们不希望检测到一个小球撞到了自己！为了达到这个目的，我们需要检查当前小球 (即正在调用 collisionDetect 方法的球) 是否和被循环到的小球 (for 循环检测中的当前遍历所引用的球) 是不是同一个。我们使用 ! 来否定判断，因此只有两个小球不是同一个时，条件判断中的代码才会运行。
    • 我们使用了一个常见的算法来检测两个小球是否相撞了，两个小球中心的距离是否小于两个小球的半径之和。这些会在 2D 碰撞检测 介绍地更加详细。
    • 如果检测到了碰撞，会运行 if 语句中的代码。我们会将两个小球的颜色都设置成随机的一种。我们也可以将这步操作变得复杂一点，比如让两个小球弹开，那样需要植入更加复杂的代码。像这样的物理场景，有以下专门的库比如 PhysicsJS，matter.js，Phaser 等。

  2. 我们也需要在每一帧动画中都调用这个函数，因此在 balls[i].update() 加上下面的代码：

    js
    balls[i].collisionDetect();

  3. 保存文件，刷新浏览器，你就会看到小球在撞击时会变色！

备注： 如果示例无法顺利执行，可参考我们的 最终版本，或者 在线试用。

概要

我们希望你玩得开心，编写出你自己的随机弹跳球的例子，在整个程序中使用各种对象和面向对象的技术！在你实际运用对象中能提供一些有用的帮助。

对象文章就到这里了。现在剩下的就是在下一节的对象评估中测试你的技能。

参见