独家解析Javascript原型继承

传统面向对象的继承和多态

我们知道C++／Java／C#等面向对象语言，都原生地支持类的继承。继承的核心作用大抵是创建一个派生类，并使其复用基本类（即父类）的字段和／或方法。并且派生类可以重写基本类的方法。这样基本类和派生类相同签名的方法在被调用时，就会有不同的行为表现，即为多态的实质。换句话说，多态是透过继承和重写实现的。

举例：实现不同的动物叫声不同。
过程式编程(Java代码)：

void animalSpeak(String animal) {
    if(animal == "Dog") {
        System.out.println("汪汪");
    } else if(animal == "Cat") {
        System.out.println("喵喵");
    } else {
      System.out.println("动物发声");
    }
}

//调用代码
animalSpeak("Dog"); //汪汪
animalSpeak("Cat"); //喵喵
animalSpeak("");    //动物发声

这里一个问题是，如果增加一种动物，就要在speak方法增加if分支，此方法逐渐变得臃肿难维护。偶尔因增加一种动物，会偶尔误伤其他动物的逻辑，也未尝可知。面向对象式的动态应运而生。

面向对象实现（java代码）

class Animal {
    void speak() {
       System.out.println("动物发声：");
    }
}

class Dog extends Animal {
    void speak() {
       super.speak();
       System.out.println("汪汪");
    }
}

class Cat extends Animal {
    void speak() {
       super.speak();
       System.out.println("喵喵");
    }
}

void animalSpeak(Animal animal) {
    animal.speak();
}

//调用代码
animalSpeak(new Cat());     //动物发声: 
                            //喵喵
animalSpeak(new Dog());     //动物发声: 
                            //汪汪

当要增加一种动物时，只需增加一个class继承 Animal，不会影响其他已有的动物speak逻辑。可看出，面向对象多态编程的一个核心思想是便于扩展和维护

结语：面向对象编程以继承产生派生类和重写派生类的方法，实现多态编程。核心思想是便于扩展和维护代码，也避免if-else

JavaScript继承实现

Java继承是class的继承，而JavaScript的继承一般是通过原型（prototype）实现。prototype的本质是一个Object实例，它是在同一类型的多个实例之间共享的，它里面包含的是需要共享的方法（也可以有字段）。
JavaScript版原型继承的实现：

function Animal() {
}
Animal.prototype.speak = function () {
    console.log('动物发声:');
}

function Dog(name) {
    this.name = name;
}
Dog.prototype = Object.create(Animal.prototype);
Dog.prototype.constructor = Dog;
Dog.prototype.speak = function () {
    //通过原型链找‘基本类’原型里的同名方法
    this.__proto__.__proto__.speak.call(this);
    console.log('汪汪, 我是', this.name);
}

function Cat(name) {
    this.name = name;
}
Cat.prototype = Object.create(Animal.prototype);
Cat.prototype.constructor = Cat;
Cat.prototype.speak = function () {
    //通过原型链找‘基本类’原型里的同名方法
    this.__proto__.__proto__.speak.call(this);
    console.log('喵喵, 我是', this.name);
}

//调用代码
function animalSpeak(animal) {
    animal.speak();
}

animalSpeak(new Dog('大黄'))
console.log()
animalSpeak(new Cat('小喵'))

//动物发声:
//汪汪, 我是 大黄

//动物发声:
//喵喵, 我是 小喵

JavaScript原型剖析

传统面向对象语言的class继承是为代码（方法和字段）复用，而JavaScript的prototype是在同类型实例之间共享的对象，它包含共享的方法（也可有字段）。所以java的class继承和javascript的原型继承，可谓殊途同归。为了方便理解js原型，提出两个概念：原型的design-time和run-time

Design-time 原型

可理解为我们（程序员）如何设计js类型的自上而下的继承关系。以上例看出，design-time是通过prototype赋值实现。

// Dog类型继承自Animal
Dog.prototype = Object.create(Animal.prototype);
Dog.prototype.constructor = Dog;

Run-time 原型和原型链

Run-time可理解为，原型设计好之后，要创建实例了, 并且还能向上查找其继承自哪个原型

// 创建Dog类型的一个实例
var dog = new Dog('大黄');

// ***打起精神*** 这里到了关键的地方：如何查找dog创建自哪个类型：
// 显而易见， dog是由Dog创造出来的
dog.__proto__ // Dog { constructor: [Function: Dog], speak: [Function] }

// 再往上查找原型链：
// 看出来是继承了Animal的原型
dog.__proto__.__proto__  //Animal { speak: [Function] }

// 再往上查找原型链：
// 看出来是继承了Object的原型
dog.__proto__.__proto__.__proto__ // {}

// 再往上查找原型链：
// 到了原型链的顶端。
dog.__proto__.__proto__.__proto__.__proto__ // null

所以在调用实例的方法，它会在原型链上自下而上，直到找到该方法。如果到了原型链顶端还没有找到，就抛错了。

结语： design-time原型是通过prototype赋值，设计好自上而下的继承关系； run-time时通过实例的__proto__，自下而上在原型链中查找需要的方法。

再论prototype 与__proto__

如前文述prototype可看成design-time的概念，以此prototype创造出一个实例。

var dog = new Dog('大黄');
//实质是：
//new 是便利构造方法
var dog = Object.create(Dog.prototype);
dog.name = '大黄'

__proto__是属于实例的，可反查实例出自哪个prototype。 所以dog.__proto__显然等于Dog.prototype.

  dog.__proto__ == Dog.prototype //true

而Dog.prototype创自于 Animal.prototype:

Dog.prototype = Object.create(Animal.prototype);

所以Dog.prototype的__proto__即为Animal.prototype

 Dog.prototype.__proto__ == Animal.prototype //true
 dog.__proto__.__proto__ == Animal.prototype //true

这样就实现了run-time原型链自下而上的查找

结束语

原型继承是JS老生常谈的话题，也是很重要但不易深入理解的技术点。本文里提出了design-time原型设计和run-time原型链查找，希望有助于此技术点的理解。

后记

上文是对自定义函数类型实例的原型分析，漏掉了对JS内置类型的原型分析。大家知道JS内置类型是有：

undefined
null
bool
number
string
object
    Function
    Date
    Error
 symbol (ES6)

JS基本（primitive）类型原型分析

基本类型有undefined, null, bool, number, string和symbol. 基本类型是以字面量赋值或函数式赋值的，而非通过new或Object.create(...)出来。
基本类型是没有design-time的prototype。但undefined/null之外的基本练习，还是有run-time的__proto__

// 常用基本类型的字面量赋值：
var b = true;
var n = 1;
var s = 'str';

// 常用基本类型的run-time __proto__
// 需要说明的是，基本类型本身是没有任何方法和字段的。
// 例如undefined/null, 不能调用其任何方法和字段。
// 这里调用b.__proto__时，会临时生成一个基本类型包装类的实例，
// 即生成var tmp = new Boolean(b)。这是个object实例，返回__proto__
b.__proto__ // [Boolean: false]
n.__proto__ // [Number: 0]
s.__proto__ // [String: '']
// 以上 *.__proto__ 打印出的是，字面量值出自哪个函数, 所以亦可以函数方式赋值, 跟字面量完全等价。

// 基本类型的函数式赋值：
// *注意*的是，这里仅是调用函数，没有new。若用了new， 就构造出一个对象实例，而再非基本类型了
b = Boolean(true)
n = Number(1)
s = String('')
sym = Symbol('IBM') // ES6 新增的symbol没有字面量赋值方式

// 特殊的case是undefined和null， 只有字面量赋值（没函数方式赋值）
// null 和 undefined是没有__proto__的。
// 也可以理解为，null处于任何原型链的最顶端，这是因为null是object类型（typeof null == 'object'）。undefined不是object类型。
var nn = null;
var un = undefined;

JS基本类型的对象实例的原型分析

如果通过new 构造基本类型的对象实例，那么就是对象而非原生态基本类型了。

var b = new Boolean(true)
var n = new Number(1)
var s = new String('')

它们就遵循自定义函数类型对象的原型法则了。以上述Number n为例：

// Number的 design-time的prototype:
Number.prototype //[Number: 0]
typeof Number.prototype //'object'
Number.prototype instanceof Object // true. 原型本身就是一对象实例

// n的run-time __proto__原型链
n.__proto__ //[Number: 0]，n是由Number函数构造产生的
// 可看出,n 继承了object类型
n.__proto__.__proto__ // {}
// n的原型链顶端也是null
n.__proto__.__proto__.__proto__ // null

JS内置object类型的原型分析

JS内置的Date, Error, Function其本身就是function，就是说　typeof Date, typeof Error, typeof Function 都是 ‘function'. 所以读者可用本文分析自定义函数类型原型的方法，自行分析这三者的design-time的prototype, 以及run-time的__proto__原型链。

需要特殊指出的是，我们几乎不会用new Function的方式去创建Function的实例，而是透过function关键字去定义函数。

// 一般是用function这个关键字，去定义函数。这和通过new Function构造本质是一样的
function foo() { }

// 通过run-time的 __proto__,其实可看出，foo就是Function这个类型的一个实例
foo.__proto__ //[Function]
foo instanceof Foo // true

// 所以foo也就继承了Function的design-time prototype
// 而理解这一点很重要。
add.__proto__ == Function.prototype // true

// 函数实例本身也是object类型
foo.__proto__.__proto__ //{}
foo instanceof Object // true

{}和Object.create(null)的区别

以下定义是等价的

var obj = {} // 字面量
var obj = new Object() // Object函数构造
var obj = Object.create(Object.prototype) // Object原型构造

obj run-time的__proto__即Object.prototype, 故obj继承了Object.prototype的共享方法，例如toString(), valueOf()

obj.__proto__ == Object.prototype //true
obj.toString()                   //'[object Object]'

var obj2 = Object.create(null)
obj2.__proto__  // undefined
obj2.toString() //TypeError: obj2.toString is not a function

可以看出，obj2无run-time的__proto__，没有继承Object.prototype，故而就不能调用.toString()方法了