JS 面向对象编程之构造函数和原型

构造函数

构造函数其实也是一个对象

var Fun  = function () {
  this.name = '测试'
}

上面的Fun就是一个构造函数,为了与普通函数区别,构造函数通常第一个首字母大写。构造函数有两个特点:

  1. 函数体内部使用了this关键字,代表了所要生成的对象实例。
  2. 生成对象的时候,必须使用new命令。
  • new 关键字
    new关键字的作用就是执行构造函数,返回一个实例对象。
var Person= function () {
  this.name = '测试'
}
var Tom = new Person()
Tom.name // 测试

上面代码通过new命令,让构造函数Person生成一个实例对象,保存在变量Tom中。这个新生成的实例对象,从构造函数Person得到了name属性。new命令执行时,构造函数内部的this,就代表了新生成的实例对象,this.name表示实例对象有一个name属性,值是测试

  1. 使用new命令时,根据需要,构造函数也可以接受参数。
  2. new命令本身就可以执行构造函数,所以后面的构造函数可以带括号,也可以不带括号。但是为了表示这里是函数调用,推荐使用括号。

如果忘了使用new命令,直接调用构造函数会发生什么事?

这种情况下,构造函数就变成了普通函数,并不会生成实例对象。而且由于后面会说到的原因,this这时代表全局对象,将造成一些意想不到的结果。

var Person= function (name) {
  this.name = '测试'
}
var Tom = new Person('Tom')
Tom.name // Tom

var p = Person()
p // undefind
name // 测试

new 命令的原理
使用new命令时,它后面的函数依次执行下面的步骤。

  1. 创建一个空对象,作为将要返回的对象实例。
  2. 将这个空对象的原型,指向构造函数的prototype属性。
  3. 将这个空对象赋值给函数内部的this关键字。
  4. 开始执行构造函数内部的代码。
function _new(/* 构造函数 */ constructor, /* 构造函数参数 */ params) {
  // 将 arguments 对象转为数组
  var args = [].slice.call(arguments);
  // 取出构造函数
  var constructor = args.shift();
  // 创建一个空对象,继承构造函数的 prototype 属性
  var context = Object.create(constructor.prototype);
  // 执行构造函数
  var result = constructor.apply(context, args);
  // 如果返回结果是对象,就直接返回,否则返回 context 对象
  return (typeof result === 'object' && result != null) ? result : context;
}

// 实例
var actor = _new(Person, '张三', 28);

如果构造函数里面有return,并且return一个非对象,new 命令执行该函数时会忽略该return,返回“构造”后的 this对象;如果return的是一个与this无关的对象,new会将该对象返回,而不是this对象。
另一方面,如果对普通函数(内部没有this关键字的函数)使用new命令,则会返回一个空对象。

/** rerurn 非对象 */
var Car= function () {
  this.price = 1000;
  return 10;
};
(new Car()).price === 1000 // true
(new Car()) === 10 // false

/** return 一个与this无关的对象 */
var Animal = function () {
  this.type = 'cat'
  return {name: '小花'}
}
(new Animal()) // {name: '小花'}
(new Animal()).type // undefind
(new Animal()).name // 小花

/** new 一个普通函数 */
var Dog = function () {
  return 'this is a Dog。'
}
var d = new Dog()
d // {}
typeof d // "object"
  • Object.create() 创建实例对象
    构造函数作为模板,可以生成实例对象。但是,有时拿不到构造函数,只能拿到一个现有的对象。我们希望以这个现有的对象作为模板,生成新的实例对象,这时就可以使用Object.create()方法。
var person1 = {
  name: '张三',
  age: 38,
  greeting: function() {
    console.log('Hi! I\'m ' + this.name + '.');
  }
};

var person2 = Object.create(person1);

person2.name // 张三
person2.greeting() // Hi! I'm 张三.

上面代码中,对象person1是person2的模板,后者继承了前者的属性和方法。

  • 构造函数的缺点
    通过构造函数为实例对象定义属性,虽然很方便,但是有一个缺点。每一次new都是将构造函数复制一份赋值给新的实例对象,同一个构造函数的多个实例之间,无法共享属性,从而造成对系统资源的浪费。
var Animal = function (name) {
  this.name = name
  this.type = 'cat'
  this.eat = function () {
    console.log('animal is eat' )  
  }
}
var animal1 = new Animal('小花')
var animal2 = new Animal('小黄')
animal1.eat() === animal2.eat() // false

上面代码中,animal1animal2是同一个构造函数的两个实例,它们都具有eat方法。由于eat方法是生成在每个实例对象上面,所以两个实例就生成了两次。也就是说,每新建一个实例,就会新建一个eat方法。这既没有必要,又浪费系统资源,因为所有eat方法都是同样的行为,完全应该共享。

这个问题的解决方法,就是 JavaScript 的原型对象(prototype)。

原型

  • prototype属性的作用
    JavaScript 规定,每个函数都有一个prototype属性,指向一个对象。
    对于普通函数来说,该属性基本无用。但是,对于构造函数来说,生成实例的时候,该属性会自动成为实例对象的原型。
function fn() {}
typeof fn.prototype // "object"


function Animal(name) {
  this.name = name
}
Animal.prototype.color = 'white'

var cat1 = new Animal('小花')
var cat2 = new Animal('小黄')

cat1.color // 'white'
cat2.color // 'white'

Animal.prototype.color = 'yellow'
cat1.color // 'yellow'
cat2.color // 'yellow'

这里的colorcat1cat2都共享的一个属性,当Animal的color属性改变时,cat1和cat2对应的属性也会改变。
实例对象本身没有某个属性或方法的时候,它会到原型对象去寻找该属性或方法。这就是原型对象的特殊之处。

cat1.color = 'black';

cat1.color // 'black'
cat2.color // 'yellow'
Animal.prototype.color // 'yellow';

如果实例本身有这个属性或方法,就不会去原型对象上寻找。

  • 原型链
    JavaScript 规定,所有对象都有自己的原型对象(prototype)。一方面,任何一个对象,都可以充当其他对象的原型;另一方面,由于原型对象也是对象,所以它也有自己的原型。因此,就会形成一个“原型链”(prototype chain):对象到原型,再到原型的原型……
    所有对象的原型最终都可以上溯到Object.prototype,即Object构造函数的prototype属性。也就是说,所有对象都继承了Object.prototype的属性。这就是所有对象都有valueOftoString方法的原因,因为这是从Object.prototype继承的。
    Object.prototype的原型是nullnull没有任何属性和方法,也没有自己的原型。因此,原型链的尽头就是null
Object.getPrototypeOf(Object.prototype) // null

读取对象的某个属性时,JavaScript 引擎先寻找对象本身的属性,如果找不到,就到它的原型去找,如果还是找不到,就到原型的原型去找。如果直到最顶层的Object.prototype还是找不到,则返回undefined。如果对象自身和它的原型,都定义了一个同名属性,那么优先读取对象自身的属性,这叫做“覆盖”(overriding)。

注意,一级级向上,在整个原型链上寻找某个属性,对性能是有影响的。所寻找的属性在越上层的原型对象,对性能的影响越大。如果寻找某个不存在的属性,将会遍历整个原型链。

  • constructor 属性
    prototype对象有一个constructor属性,默认指向prototype对象所在的构造函数。
function F () {}
F.prototype.constructor === F // true

由于constructor属性定义在prototype对象上面,意味着可以被所有实例对象继承。

function F () {}
F.prototype.constructor === F // true
var fn  = new F()
fn.constructor === F // true
fn.constructor === F.prototype.constructo // true
fn.hasOwnPrototype('constructor') // false

上面的例子中,fnF的实例对象,fn没有自己的constructor属性,该属性其实是读取原型链上面的F.prototype.constructor属性。

constructor属性的作用是,可以得知某个实例对象,到底是哪一个构造函数产生的。
另一方面,有了constructor属性,就可以从一个实例对象新建另一个实例。

function Constr() {}
var x = new Constr()

var y = new x.constructor()
y instanceof Constr // true

constructor属性表示原型对象与构造函数之间的关联关系,如果修改了原型对象,一般会同时修改constructor属性,防止引用的时候出错。

function Person(name) {
  this.name = name;
}

Person.prototype.constructor === Person // true

Person.prototype = {
  method: function () {}
};

Person.prototype.constructor === Person // false
Person.prototype.constructor === Object // true

上面代码中,构造函数Person的原型对象改掉了,但是没有修改constructor属性,导致这个属性不再指向Person。由于Person的新原型是一个普通对象,而普通对象的contructor属性指向Object构造函数,导致Person.prototype.constructor变成了Object

所以,修改原型对象时,一般要同时修改constructor属性的指向。

// 坏的写法
C.prototype = {
  method1: function (...) { ... },
  // ...
}

// 好的写法
C.prototype = {
  constructor: C,
  method1: function (...) { ... },
  // ...
}

// 更好的写法
C.prototype.method1 = function (...) { ... }

如果不能确定constructor属性是什么函数,还有一个办法:通过name属性,从实例得到构造函数的名称。

function Foo() {}
var f = new Foo()
f.constructor.name // "Foo"
  • instanceof 运算符
    instanceof运算符返回一个布尔值,表示对象是否为某个构造函数的实例(检查的是整个原型链)。
    instanceof运算符的左边是实例对象,右边是构造函数。它会检查右边构建函数的原型对象(prototype),是否在左边对象的原型链上。因此,下面两种写法是等价的。
v instanceof Vehicle
// 等同于
Vehicle.prototype.isPrototypeOf(v)

// instanceof检查的是整个原型链
var d = new Date()
d instanceof Date // true
d instanceof Object // true

上面代码中,d同时是DateObject的实例,因此对这两个构造函数都返回true

instanceof的原理是检查右边构造函数的prototype属性,是否在左边对象的原型链上。有一种特殊情况,就是左边对象的原型链上,只有null对象。这时,instanceof判断会失真。

var obj = Object.create(null)
typeof obj // "object"
obj instanceof Object // false
Object.create(null) instanceof Object // false

注意,instanceof运算符只能用于对象,不适用原始类型的值。

var s = 'hello'
s instanceof String // false

此外,对于undefinednullinstanceof运算符总是返回false

undefined instanceof Object // false
null instanceof Object // false

利用instanceof运算符,还可以巧妙地解决,调用构造函数时,忘了加new命令的问题。

function Fubar (foo, bar) {
  if (this instanceof Fubar) {
    this._foo = foo
    this._bar = bar
  } else {
    return new Fubar(foo, bar)
  }
}

参考文献:
阮一峰JavaScript 标准参考教程

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