javascript基础知识(28) 原型链和继承

JavaScript的面向对象编程和大多数其他语言如Java、C#的面向对象编程都不太一样。如果你熟悉Java或C#，很好，你一定明白面向对象的两个基本概念：

1. 类：类是对象的类型模板，例如，定义Student类来表示学生，类本身是一种类型，Student表示学生类型，但不表示任何具体的某个学生；

2. 实例：实例是根据类创建的对象，例如，根据Student类可以创建出xiaoming、xiaohong、xiaojun等多个实例，每个实例表示一个具体的学生，他们全都属于Student类型。

所以，类和实例是大多数面向对象编程语言的基本概念。

对于有基于类的语言经验 (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，但只是语法糖，JavaScript 仍然是基于原型的）。

JavaScript不区分类和实例的概念，而是通过原型（prototype）来实现面向对象编程。

JavaScript的原型链和Java的Class区别就在，它没有“Class”的概念，所有对象都是实例，所谓继承关系不过是把一个对象的原型指向另一个对象而已。

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__）指向它的原型对象（prototype）。该原型对象也有一个自己的原型对象 ，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。

// 让我们假设我们有一个对象 o, 其有自己的属性 a 和 b：
// {a: 1, b: 2}
// o 的 [[Prototype]] 有属性 b 和 c：
// {b: 3, c: 4}
// 最后, o.[[Prototype]].[[Prototype]] 是 null.
// 这就是原型链的末尾，即 null，
// 根据定义，null 没有[[Prototype]].
// 综上，整个原型链如下: 
// {a:1, b:2} ---> {b:3, c:4} ---> 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
// 没有d属性，返回undefined

 给对象设置属性会创建自有属性。获取和设置属性的唯一限制是内置 getter 或 setter 的属性。

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。

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 p. 
// 又因为 p 继承 o 的 m 函数
// 此时的'this.a' 即 p.a，即 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

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 ---> null

var 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 ---> null

function 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

构造器创建的对象

在 JavaScript 中，构造器其实就是一个普通的函数。当使用 new 操作符 来作用这个函数时，它就可以被称为构造方法（构造函数）。

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.

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 ---> null

var 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 ---> null

var d = Object.create(null);
// d ---> null
console.log(d.hasOwnProperty); // undefined, 因为d没有继承Object.prototype

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。

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 方法。下面给出一个具体的例子来说明它：

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 中处理属性并且不会遍历原型链的方法之一。(另一种方法: Object.keys())

注意：检查属性是否undefined还不够。该属性可能存在，但其值恰好设置为undefined。

错误实践：扩展原生对象的原型

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。

prototype和Object.getPrototypeOf

对于从 Java 或 C++ 转过来的开发人员来说 JavaScript 会有点让人困惑，因为它全部都是动态的，都是运行时，而且不存在类（classes）。所有的都是实例（对象）。即使我们模拟出的 “类（classes）”，也只是一个函数对象。

你可能已经注意到我们的 function A 有一个叫做 prototype 的特殊属性。该特殊属性可与 JavaScript 的 new 操作符一起使用。对原型对象的引用被复制到新实例的内部 [[Prototype]] 属性。例如，当执行var a1 = new A()时，JavaScript（在内存中创建对象之后，和在运行函数 A() 把 this 指向对象之前）设置a1.[[Prototype]] = A.prototype。然后当您访问实例的属性时，JavaScript首先会检查它们是否直接存在于该对象上，如果不存在，则会[[Prototype]]中查找。这意味着你在prototype中定义的所有内容都可以由所有实例有效共享，你甚至可以稍后更改部分prototype，并在所有现有实例中显示更改（如果需要）。

像上面的例子中，如果你执行var a1 = new A(); var a2 = new A(); 那么 a1.doSomething事实上会指向Object.getPrototypeOf(a1).doSomething，它就是你在 A.prototype.doSomething 中定义的内容。也就是说：Object.getPrototypeOf(a1).doSomething == Object.getPrototypeOf(a2).doSomething == A.prototype.doSomething。【补充：实际上当执行a1.doSomething()相当于执行Object.getPrototypeOf(a1).doSomething.call(a1)==A.prototype.doSomething.call(a1)】

简而言之， prototype是用于类的，而 Object.getPrototypeOf() 是用于实例的（instances），两者功能一致。

[[Prototype]] 看起来就像递归引用， 如a1.doSomething，Object.getPrototypeOf(a1).doSomething，Object.getPrototypeOf(Object.getPrototypeOf(a1)).doSomething 等等等， 直到它被找到或Object.getPrototypeOf返回 null。

因此，当你执行：

var o = new Foo();

JavaScript 实际上执行的是：

var o = new Object();
o.__proto__ = Foo.prototype;
Foo.call(o);

（或者类似上面这样的），然后当你执行：

o.someProp;

它检查o是否具有someProp属性。如果没有，它会查找 Object.getPrototypeOf(o).someProp，如果仍旧没有，它会继续查找 Object.getPrototypeOf(Object.getPrototypeOf(o)).someProp。

结论

在编写使用它的复杂代码之前，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。

转自：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Inheritance_and_the_prototype_chain