知识梳理:继承与原型链

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每个构造函数都有一个原型对象,原型对象都包含一个指向构造函数的指针,而实例都包含一个指向原型对象的内部指针。那么假如我们让原型对象等于另一个类型的实例,结果会怎样?显然,此时的原型对象将包含一个指向另一个原型的指针,相应地,另一个原型中也包含着一个指向另一个构造函数的指针。假如另一个原型又是另一个类型的实例,那么上述关系依然成立。如此层层递进,就构成了实例与原型的链条。这就是所谓的原型链的基本概念。 ——摘自《javascript高级程序设计》

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对于使用过基于类的语言 (如 Java 或 C++) 的开发者们来说,JavaScript 实在是有些令人困惑 —— JavaScript 是动态的,本身不提供一个 class 的实现。即便是在 ES2015/ES6 中引入了 class 关键字,但那也只是语法糖,JavaScript 仍然是基于原型的。

当谈到继承时,JavaScript 只有一种结构:对象。每个实例对象(object)都有一个私有属性(称之为 proto )指向它的构造函数的原型对象(prototype)。该原型对象也有一个自己的原型对象(proto),层层向上直到一个对象的原型对象为 null。根据定义,null 没有原型,并作为这个原型链中的最后一个环节。

每个原型都有一个constructor属性,指向该关联的构造函数。

几乎所有 JavaScript 中的对象都是位于原型链顶端的 Object的实例。

尽管这种原型继承通常被认为是 JavaScript 的弱点之一,但是原型继承模型本身实际上比经典模型更强大。例如,在原型模型的基础上构建经典模型相当简单。

基于原型链的继承

JavaScript 对象是动态的属性“包”(指其自己的属性)。JavaScript 对象有一个指向一个原型对象的链。当试图访问一个对象的属性时,它不仅仅在该对象上搜寻,还会搜寻该对象的原型,以及该对象的原型的原型,依次层层向上搜索,直到找到一个名字匹配的属性或到达原型链的末尾。

备注: 遵循ECMAScript标准,someObject.[[Prototype]] 符号是用于指向 someObject 的原型。从 ECMAScript 6 开始,[[Prototype]] 可以通过 Object.getPrototypeOf()Object.setPrototypeOf()访问器来访问。这个等同于 JavaScript 的非标准但许多浏览器实现的属性 __proto__

但它不应该与构造函数 funcprototype 属性相混淆。被构造函数创建的实例对象的 [[Prototype]] 指向 funcprototype 属性。Object.prototype 属性表示 Object的原型对象。

// 让我们从一个函数里创建一个对象o,它自身拥有属性a和b的:
let f = function () {
   this.a = 1;
   this.b = 2;
}
/* 这么写也一样
function f() {
  this.a = 1;
  this.b = 2;
}
*/
let o = new f(); // {a: 1, b: 2}// 在f函数的原型上定义属性
f.prototype.b = 3;
f.prototype.c = 4;
​
// 不要在 f 函数的原型上直接定义 f.prototype = {b:3,c:4};这样会直接打破原型链
// o.[[Prototype]] 有属性 b 和 c
//  (其实就是 o.__proto__ 或者 o.constructor.prototype)
// o.[[Prototype]].[[Prototype]] 是 Object.prototype.
// 最后o.[[Prototype]].[[Prototype]].[[Prototype]]是null
// 这就是原型链的末尾,即 null,
// 根据定义,null 就是没有 [[Prototype]]。// 综上,整个原型链如下:// {a:1, b:2} ---> {b:3, c:4} ---> Object.prototype---> nullconsole.log(o.a); // 1
// a是o的自身属性吗?是的,该属性的值为 1console.log(o.b); // 2
// b是o的自身属性吗?是的,该属性的值为 2
// 原型上也有一个'b'属性,但是它不会被访问到。
// 这种情况被称为"属性遮蔽 (property shadowing)"console.log(o.c); // 4
// c是o的自身属性吗?不是,那看看它的原型上有没有
// c是o.[[Prototype]]的属性吗?是的,该属性的值为 4console.log(o.d); // undefined
// d 是 o 的自身属性吗?不是,那看看它的原型上有没有
// d 是 o.[[Prototype]] 的属性吗?不是,那看看它的原型上有没有
// o.[[Prototype]].[[Prototype]] 为 null,停止搜索
// 找不到 d 属性,返回 undefined

给对象设置属性会创建自有属性。获取和设置行为规则的唯一例外是当继承的属性带有 getter 或 setter时。

JavaScript 并没有其他基于类的语言所定义的“方法”。在 JavaScript 里,任何函数都可以添加到对象上作为对象的属性。函数的继承与其他的属性继承没有差别,包括上面的“属性遮蔽”(这种情况相当于其他语言的方法重写)。

当继承的函数被调用时,this指向的是当前继承的对象,而不是继承的函数所在的原型对象。

var o = {
  a: 2,
  m: function(){
    return this.a + 1;
  }
};
​
console.log(o.m()); // 3
// 当调用 o.m 时,'this' 指向了 o.var p = Object.create(o);
// p是一个继承自 o 的对象
​
p.a = 4; // 创建 p 的自身属性 'a'
console.log(p.m()); // 5
// 调用 p.m 时,'this' 指向了 p
// 又因为 p 继承了 o 的 m 函数
// 所以,此时的 'this.a' 即 p.a,就是 p 的自身属性 'a' 

使用不同的方法来创建对象和生成原型链

  • 使用语法结构创建的对象
var o = {a: 1};
​
// o 这个对象继承了 Object.prototype 上面的所有属性
// o 自身没有名为 hasOwnProperty 的属性
// hasOwnProperty 是 Object.prototype 的属性
// 因此 o 继承了 Object.prototype 的 hasOwnProperty
// Object.prototype 的原型为 null
// 原型链如下:
// o ---> Object.prototype ---> nullvar a = ["yo", "whadup", "?"];
​
// 数组都继承于 Array.prototype
// (Array.prototype 中包含 indexOf, forEach 等方法)
// 原型链如下:
// a ---> Array.prototype ---> Object.prototype ---> nullfunction f(){
  return 2;
}
​
// 函数都继承于 Function.prototype
// (Function.prototype 中包含 call, bind等方法)
// 原型链如下:
// f ---> Function.prototype ---> Object.prototype ---> null
  • 使用构造器创建的对象
function Graph() {
  this.vertices = [];
  this.edges = [];
}
​
Graph.prototype = {
  addVertex: function(v){
    this.vertices.push(v);
  }
};
​
var g = new Graph();
// g 是生成的对象,他的自身属性有 'vertices' 和 'edges'。
// 在 g 被实例化时,g.[[Prototype]] 指向了 Graph.prototype。
  • 使用 Object.create 创建的对象

ECMAScript 5 中引入了一个新方法:Object.create()。可以调用这个方法来创建一个新对象。新对象的原型就是调用 create 方法时传入的第一个参数:

var a = {a: 1};
// a ---> Object.prototype ---> nullvar b = Object.create(a);
// b ---> a ---> Object.prototype ---> null
console.log(b.a); // 1 (继承而来)var c = Object.create(b);
// c ---> b ---> a ---> Object.prototype ---> nullvar d = Object.create(null);
// d ---> null
console.log(d.hasOwnProperty); // undefined, 因为d没有继承Object.prototype
  • 使用 class 关键字创建的对象

ECMAScript6 引入了一套新的关键字用来实现 class。使用基于类语言的开发人员会对这些结构感到熟悉,但它们是不同的。JavaScript 仍然基于原型。这些新的关键字包括 class, constructor,static,extends 和 super。

"use strict";
​
class Polygon {
  constructor(height, width) {
    this.height = height;
    this.width = width;
  }
}
​
class Square extends Polygon {
  constructor(sideLength) {
    super(sideLength, sideLength);
  }
  get area() {
    return this.height * this.width;
  }
  set sideLength(newLength) {
    this.height = newLength;
    this.width = newLength;
  }
}
​
var square = new Square(2);

性能

在原型链上查找属性比较耗时,对性能有副作用,这在性能要求苛刻的情况下很重要。另外,试图访问不存在的属性时会遍历整个原型链。

遍历对象的属性时,原型链上的每个可枚举属性都会被枚举出来。要检查对象是否具有自己定义的属性,而不是其原型链上的某个属性,则必须使用所有对象从 Object.prototype 继承的 hasOwnProperty (en-US) 方法。下面给出一个具体的例子来说明它:

console.log(g.hasOwnProperty('vertices'));
// trueconsole.log(g.hasOwnProperty('nope'));
// falseconsole.log(g.hasOwnProperty('addVertex'));
// falseconsole.log(g.__proto__.hasOwnProperty('addVertex'));
// true
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hasOwnProperty (en-US) 是 JavaScript 中唯一一个处理属性并且不会遍历原型链的方法。(译者注:原文如此。另一种这样的方法:Object.keys())

注意:检查属性是否为 undefined 是不能够检查其是否存在的。该属性可能已存在,但其值恰好被设置成了 undefined。

错误实践

经常使用的一个错误实践是扩展 Object.prototype 或其他内置原型。

这种技术被称为猴子补丁并且会破坏封装。尽管一些流行的框架(如 Prototype.js)在使用该技术,但仍然没有足够好的理由使用附加的非标准方法来混入内置原型。

扩展内置原型的唯一理由是支持 JavaScript 引擎的新特性,如 Array.forEach