javascript原型与继承

对于使用过基于类的语言 (如 Java 或 C++) 的开发人员来说,JavaScript 有点令人困惑,因为它是动态的,并且本身不提供一个 class 实现。(在 ES2015/ES6 中引入了 class 关键字,但那只是语法糖,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。

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

继承属性

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。

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() 和 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 func 的 prototype 属性相混淆。被构造函数创建的实例对象的 [[prototype]] 指向 func 的 prototype 属性。Object.prototype 属性表示 Object 的原型对象。

这里演示当尝试访问属性时会发生什么:

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// 让我们从一个自身拥有属性a和b的函数里创建一个对象o:
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---> null

console.log(o.a); // 1
// a是o的自身属性吗?是的,该属性的值为 1

console.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 4

console.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

继承方法

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。

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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'

在 JavaScript 中使用原型

下去,来仔细分析一下这些应用场景下, JavaScript 在背后做了哪些事情。

正如之前提到的,在 JavaScript 中,函数(function)是允许拥有属性的。所有的函数会有一个特别的属性 —— prototype 。请注意,以下的代码是独立的(出于严谨,假定页面没有其他的JavaScript代码)。为了最佳的学习体验,我们强烈建议阁下打开浏览器的控制台(在Chrome和火狐浏览器中,按Ctrl+Shift+I即可),进入“console”选项卡,然后把如下的JavaScript代码复制粘贴到窗口中,最后通过按下回车键运行代码。

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function doSomething(){}
console.log( doSomething.prototype );
// 和声明函数的方式无关,
// JavaScript 中的函数永远有一个默认原型属性。
var doSomething = function(){};
console.log( doSomething.prototype );

在控制台显示的JavaScript代码块中,我们可以看到doSomething函数的一个默认属性prototype。而这段代码运行之后,控制台应该显示类似如下的结果:

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{
constructor: ƒ doSomething(),
__proto__: {
constructor: ƒ Object(),
hasOwnProperty: ƒ hasOwnProperty(),
isPrototypeOf: ƒ isPrototypeOf(),
propertyIsEnumerable: ƒ propertyIsEnumerable(),
toLocaleString: ƒ toLocaleString(),
toString: ƒ toString(),
valueOf: ƒ valueOf()
}
}

我们可以给doSomething函数的原型对象添加新属性,如下:

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function doSomething(){}
doSomething.prototype.foo = "bar";
console.log( doSomething.prototype );

可以看到运行后的结果如下:

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{
foo: "bar",
constructor: ƒ doSomething(),
__proto__: {
constructor: ƒ Object(),
hasOwnProperty: ƒ hasOwnProperty(),
isPrototypeOf: ƒ isPrototypeOf(),
propertyIsEnumerable: ƒ propertyIsEnumerable(),
toLocaleString: ƒ toLocaleString(),
toString: ƒ toString(),
valueOf: ƒ valueOf()
}
}

现在我们可以通过new操作符来创建基于这个原型对象的doSomething实例。使用new操作符,只需在调用doSomething函数语句之前添加new。这样,便可以获得这个函数的一个实例对象。一些属性就可以添加到该原型对象中。

请尝试运行以下代码:

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function doSomething(){}
doSomething.prototype.foo = "bar"; // add a property onto the prototype
var doSomeInstancing = new doSomething();
doSomeInstancing.prop = "some value"; // add a property onto the object
console.log( doSomeInstancing );

运行的结果类似于以下的语句。

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{
prop: "some value",
__proto__: {
foo: "bar",
constructor: ƒ doSomething(),
__proto__: {
constructor: ƒ Object(),
hasOwnProperty: ƒ hasOwnProperty(),
isPrototypeOf: ƒ isPrototypeOf(),
propertyIsEnumerable: ƒ propertyIsEnumerable(),
toLocaleString: ƒ toLocaleString(),
toString: ƒ toString(),
valueOf: ƒ valueOf()
}
}
}

如上所示, doSomeInstancing 中的proto是 doSomething.prototype. 但这是做什么的呢?当你访问doSomeInstancing 中的一个属性,浏览器首先会查看doSomeInstancing 中是否存在这个属性。

如果 doSomeInstancing 不包含属性信息, 那么浏览器会在 doSomeInstancing 的 proto 中进行查找(同 doSomething.prototype). 如属性在 doSomeInstancing 的 proto 中查找到,则使用 doSomeInstancing 中 proto 的属性。

否则,如果 doSomeInstancing 中 proto 不具有该属性,则检查doSomeInstancing 的 protoproto 是否具有该属性。默认情况下,任何函数的原型属性 proto 都是 window.Object.prototype. 因此, 通过doSomeInstancing 的 protoproto ( 同 doSomething.prototype 的 proto (同 Object.prototype)) 来查找要搜索的属性。

如果属性不存在 doSomeInstancing 的 protoproto 中, 那么就会在doSomeInstancing 的 protoprotoproto 中查找。然而, 这里存在个问题:doSomeInstancing 的 protoprotoproto 其实不存在。因此,只有这样,在 proto 的整个原型链被查看之后,这里没有更多的 proto , 浏览器断言该属性不存在,并给出属性值为 undefined 的结论。

让我们在控制台窗口中输入更多的代码,如下:

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function doSomething(){}
doSomething.prototype.foo = "bar";
var doSomeInstancing = new doSomething();
doSomeInstancing.prop = "some value";
console.log("doSomeInstancing.prop: " + doSomeInstancing.prop);
console.log("doSomeInstancing.foo: " + doSomeInstancing.foo);
console.log("doSomething.prop: " + doSomething.prop);
console.log("doSomething.foo: " + doSomething.foo);
console.log("doSomething.prototype.prop: " + doSomething.prototype.prop);
console.log("doSomething.prototype.foo: " + doSomething.prototype.foo);

结果如下:

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doSomeInstancing.prop:      some value
doSomeInstancing.foo: bar
doSomething.prop: undefined
doSomething.foo: undefined
doSomething.prototype.prop: undefined
doSomething.prototype.foo: bar

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 方法。下面给出一个具体的例子来说明它:

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console.log(g.hasOwnProperty('vertices'));
// true

console.log(g.hasOwnProperty('nope'));
// false

console.log(g.hasOwnProperty('addVertex'));
// false

console.log(g.__proto__.hasOwnProperty('addVertex'));
// true

hasOwnProperty 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。

结论

在编写使用复杂代码之前,理解原型继承模型是至关重要的。此外,请注意代码中原型链的长度,并在必要时将其分解,以避免可能的性能问题。此外,原生原型不应该被扩展,除非它是为了与新的 JavaScript 特性兼容。

示例

B 继承自 A:

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function A(a){
this.varA = a;
}

// 以上函数 A 的定义中,既然 A.prototype.varA 总是会被 this.varA 遮蔽,
// 那么将 varA 加入到原型(prototype)中的目的是什么?
A.prototype = {
varA : null,
/*
既然它没有任何作用,干嘛不将 varA 从原型(prototype)去掉 ?
也许作为一种在隐藏类中优化分配空间的考虑 ?
https://developers.google.com/speed/articles/optimizing-javascript
如果varA并不是在每个实例中都被初始化,那这样做将是有效果的。
*/
doSomething : function(){
// ...
}
}

function B(a, b){
A.call(this, a);
this.varB = b;
}
B.prototype = Object.create(A.prototype, {
varB : {
value: null,
enumerable: true,
configurable: true,
writable: true
},
doSomething : {
value: function(){ // override
A.prototype.doSomething.apply(this, arguments);
// call super
// ...
},
enumerable: true,
configurable: true,
writable: true
}
});
B.prototype.constructor = B;

var b = new B();
b.doSomething();

原文链接

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