来自原形与原型链的拷问

作者:JowayYoung
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本文由笔者师妹LazyCurry创作,收录于笔者技术文章专栏下

前言

在JS中,我们经常会遇到原型。字面上的意思会让我们认为,是某个对象的原型,可用来继承。但是其实这样的理解是片面的,下面通过本文来了解原型与原型链的细节,再顺便谈谈继承的几种方式。

原型

在讲到原型之前,我们先来回顾一下JS中的对象。在JS中,万物皆对象,就像字符串、数值、布尔、数组等。ECMA-262把对象定义为:无序属性的集合,其属性可包含基本值、对象或函数。对象是拥有属性和方法的数据,为了描述这些事物,便有了原型的概念。

无论何时,只要创建了一个新函数,就会根据一组特定的规则为该函数创建一个prototype属性,这个属性指向该函数的原型对象。所有原型对象都会获得一个constructor属性,这个属性包含一个指向prototype属性所在函数的指针。

这段话摘自《JS高级程序设计》,很好理解,以创建实例的代码为例。

function Person(name, age) {
    this.name = name;
    this.age = age;
    this.sayName = function() {
        alert(this.name);
    };
}

const person1 = new Person("gali", 18);
const person2 = new Person("pig", 20);

avatar

上面例子中的person1跟person2都是构造函数Person()的实例,Person.prototype指向了Person函数的原型对象,而Person.prototype.constructor又指向Person。Person的每一个实例,都含有一个内部属性__proto__,指向Person.prototype,就像上图所示,因此就有下面的关系。

console.log(Person.prototype.constructor === Person); // true
console.log(person1.__proto__ === Person.prototype); // true
console.log(person2.__proto__ === Person.prototype); // true

继承

JS是基于原型的语言,跟基于类的面向对象语言有所不同,JS中并没有类这个概念,有的是原型对象这个概念,原型对象作为一个模板,新对象可从原型对象中获得属性。那么JS具体是怎样继承的呢?

在讲到继承这个话题之前,我们先来理解原型链这个概念。

原型链

构造函数,原型和实例的关系已经很清楚了。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,而实例对象都包含一个指向与原型对象的指针。这样的关系非常好理解,但是如果我们想让原型对象等于另一个类型的实例对象呢?那么就会衍生出相同的关系,此时的原型对象就会含有一个指向另一个原型对象的指针,而另一个原型对象会含有一个指向另一个构造函数的指针。如果另一个原型对象又是另一个类型的实例对象呢?这样就构成了原型链。文字可能有点难理解,下面用代码举例。

function SuperType() {
    this.name = "张三";
}
SuperType.prototype.getSuperName = function() {
    return this.name;
};

function SubType() {
    this.subname = "李四";
}
SubType.prototype = new SuperType();
SubType.prototype.getSubName = function() {
    return this.subname;
};

const instance = new SubType();
console.log(instance.getSuperName()); // 张三

上述例子中,SubType的原型对象作为SuperType构造函数的实例对象,此时,SubType的原型对象就会有一个__proto__属性指向SuperType的原型对象,instance作为SubType的实例对象,必然能共享SubType的原型对象的属性,又因为SubType的原型对象又指向SuperType原型对象的属性,因此可得,instance继承了SuperType原型的所有属性。

我们都知道,所有函数的默认原型都是Object的实例,所以也能得出,SuperType的默认原型必然有一个__proto__指向Object.prototype。

图中由__proto__属性组成的链子,就是原型链,原型链的终点就是null

avatar

上图可很清晰的看出原型链的结构,这不禁让我想到JS的一个运算符instanceof,instanceof可用来判断一个实例对象是否属于一个构造函数。

A instanceof B; // true

实现原理其实就是在A的原型链上寻找是否有原型等于B.prototype,如果一直找到A原型链的顶端null,仍然找不到原型等于B.prototype,那么就可返回false。下面手写一个instanceof,这个也是很多大厂常用的手写面试题。

function Instance(left, right) {
    left = left.__proto__;
    right = right.prototype;
    while (true) {
        if (left === null) return false;
        if (left === right) return true;
        // 继续在left的原型链向上找
        left = left.__propo__;
    }
}
原型链继承

上面例子中,instance继承了SuperType原型的属性,其继承的原理其实就是通过原型链实现的。原型链很强大,可用来实现继承。可是单纯的原型链继承也是有问题存在的。

  • 实例属性变成原型属性,影响其他实例
  • 创建子类型的实例时,不能向超类型的构造函数传递参数
function SuperType() {
    this.colorArr = ["red", "blue", "green"];
}
function SubType() {}
SubType.prototype = new SuperType();

const instance1 = new SubType();
instance1.colorArr.push("black");
console.log(instance1.colorArr); // ["red", "blue", "green", "black"]

const instance2 = new SubType();
console.log(instance2.colorArr); // ["red", "blue", "green", "black"]

当SubType的原型作为SuperType的实例时,此时SubType的实例对象通过原型链继承到colorArr属性,当修改了其中一个实例对象从原型链中继承到的原型属性时,便会影响到其他实例。对instance1.colorArr的修改,在instance2.colorArr便能体现出来。

组合继承

组合继承指的是组合原型链和构造函数的技术,通过原型链实现对原型属性和方法的继承,而通过借用构造函数实现对实例属性的继承。

function SuperType(name) {
    this.name = name;
    this.colors = ["red", "blue", "green"];
}
SuperType.prototype.sayName = function() {
    console.log(this.name);
};

function SubType(name, age) {
    // 继承属性,借用构造函数实现对实例属性的继承
    SuperType.call(this, name);
    this.age = age;
}

// 继承原型属性及方法
SubType.prototype = new SuperType();
SubType.prototype.constructor = SubType;
SubType.prototype.sayAge = function() {
    console.log(this.age);
};

const instance1 = new SubType("gali", 18);
instance1.colors.push("black");
console.log(instance1.colors); // ["red", "blue", "green", "black"]
instance1.sayName(); // gali
instance1.sayAge(); // 18

const instance2 = new SubType("pig", 20);
console.log(instance2.colors); // ["red", "blue", "green"]
instance2.sayName(); // pig
instance2.sayAge(); // 20

上述例子中,借用构造函数继承实例属性,通过原型继承原型属性与方法。这样就可让不同的实例分别拥有自己的属性,又可共享相同的方法。而不会像原型继承那样,对实例属性的修改影响到了其他实例。组合继承是JS最常用的继承方式。

寄生组合式继承

虽然说组合继承是最常用的继承方式,但是有没有发现,就上面的例子中,组合继承中调用了2次SuperType函数。回忆一下,在第一次调用SubType时。

SubType.prototype = new SuperType();

这里调用完之后,SubType.prototype会从SuperType继承到2个属性:name和colors。这2个属性存在SubType的原型中。而在第二次调用时,就是在创造实例对象时,调用了SubType构造函数,也就会再调用一次SuperType构造函数。

SuperType.call(this, name);

第二次调用之后,便会在新的实例对象上创建了实例属性:name和colors。也就是说,这个时候,实例对象跟原型对象拥有2个同名属性。这样实在是浪费,效率又低。

为了解决这个问题,引入了寄生组合继承方式。重点就在于,不需要为了定义SubType的原型而去调用SuperType构造函数,此时只需要SuperType原型的一个副本,并将其赋值给SubType的原型即可。

function InheritPrototype(subType, superType) {
    // 创建超类型原型的一个副本
    const prototype = Object(superType.prototype);
    // 添加constructor属性,因为重写原型会失去constructor属性
    prototype.constructor = subType;
    subType.prototype = prototype;
}

将组合继承中的:

SubType.prototype = new SuperType();
SubType.prototype.constructor = SubType;

替换成:

InheritPrototype(SubType, SuperType);

寄生组合继承的优点在于,只需要调用一次SuperType构造函数。避免了在SubType的原型上创建多余的不必要的属性。

总结

温故而知新,再次看回《JS高级程序设计》这本书的原型与原型链部分,发现很多以前忽略掉的知识点。而这次回看这个知识点,并输出了一篇文章,对我来说受益匪浅。写文章往往不是为了写出怎样的文章,其实中间学习的过程才是最享受的。

结语

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