对象与原型链

众所周知Javascript中没有Java中Class的概念,据说是因为JS作者Brendan当时还是实习生,他花了10天就搞定了整个语言的设计。网景公司的要求是必须像Java但又必须非常简单易用,而他自己却看不上Java更偏爱函数式编程语言,所以在对象和继承设计上借鉴了Self(SmallTalk一种方言)中原型(prototype)机制,但是保留了和Java相似的数据类型和内存管理。
可以说当时就没有人在意这个语言的设计,谁也没想到Javascript如今发展成互联网第一编程语言,当初的原型链设计也成为Javascript中最让人迷惑的概念。

prototype

Javascript中每个对象都对应一个原型对象,并从原型对象继承属性和方法。例如我们知道obj对象对应的原型对象是Object.prototype, 而obj本是个空对象,toString方法就是从原型对象继承过来的。

var obj = {}
obj.toString === Object.prototype.toString //true

浏览器通常都会实现__proto__这个(在ES6之前)非标准属性来直接获取对象的原型对象。

obj.__proto__ === Object.prototype //true

如果不使用__proto__属性,绝大部分情况下我们也能通过对象找到对应的原型对象。因为这个原型对象通常就是其构建对象(constructor)的prototype属性。

obj.__proto__ === obj.constructor.prototype //true

这段代码对于绝大部分对象obj都是成立的,什么时候不成立呢?很明显,obj的constructor属性不存在或者没有指向真正的构建对象的时候是不成立的。

Object.prototype vs Function.prototype

Javascript中函数是first-class对象,甚至可以说没有函数就没法实现原型机制(想想函数式语言,函数才是最基本类型, Javascript中也差不多)。prototype作为属性并不是所有对象都有的,只有函数对象才具有。函数prototype属性都有一个constructor属性反过来指向这个函数,所以Javascript中的函数通常也被称为constructor。

Object === Object.prototype.constructor
Function === Function.prototype.constructor
Array === Array.prototype.constructor //so on for String, Boolean, Date...
function f(){}  f === f.prototype.constructor

Javascript中Object和Function是非常特殊的两个对象,因为:

Object instanceof Function //true
Function instanceof Object //true
Object.__proto__ === Function.prototype // Object instanceof Function
Function.__proto__.__proto__ === Object.prototype// Function instanceof Object

此外,

Function.__proto__ === Function.prototype //true

也就是,

Function.prototype.__proto__ === Object.prototype

看到这里是不是有点绕晕了? 理解这些语句的关键在于将Object.prototype 和Function.prototype看做是独立于Object, Function的重要对象。

1. 原型链的尽头是Object.prototype,所有对象均从Object.prototype继承属性
Object.prototype.__proto__ === null
image.png
2. Function.prototype 继承自 Object.prototype,并且是个特殊函数对象
Function.prototype.__proto__ === Object.prototype
typeof Function.prototype === 'function'
Function.prototype instanceof Function //false
Function.prototype instanceof Object // true

Function.prototype像普通函数一样可以调用,但总是返回undefined。

3. Function和Object都是继承自Function.prototype
Object.__proto__ === Function.prototype
Function.__proto__ === Function.prototype
4. 其他对象和函数继承自Object.prototype和Function.prototype
var obj ={}; obj.__proto__ === Object.prototype
Array.__proto__ === Function.prototype

总的来说就是这四个对象一起支撑起了Javascript语言原型链的模型,从其中任何一个对象都能导出其他四个对象。其他任何对象最终都会溯源到其中某个对象上。 例如从Object出发,我们有,

Object --> Object.prototpye
Object --> Object.constructor === Function --> Function.prototype

从Function出发,我们有,

Function --> Function.prototype -->
Function.prototype.__proto__ === Object.prototype --> 
Object.prototype.constructor === Object

对象继承

Javascript 到目前为止一共有三个主要版本,ES3(1999), ES5(2009)和ES6(2015)。ES3,ES5目前已经被广泛支持,ES6还处于部分支持的状态。各个版本之间间隔了很多年,对象继承的实现方式也有很大的不同,对比各个版本中继承的实现方式可以更加清晰地认识Javascript中对象原型继承机制。

ES3

function Shape(id){
   this.id = id;
}
Shape.prototype.getId = function(){
  return this.id;
}
function Rectangle(id, width, length){
   Shape.call(this, id);
   this.width = width;
   this.length = length; 
} 
Rectangle.prototype = Shape.prototype;
var rect = new Rectangle(1,2,3);
rect.getId() // 1

通过在Rectangle构造函数里面调用Shape构造函数,再将prototype指向Shape的prototype, rect对象就成功继承了Shape对象上的getId方法。

Rectangle.prototype.area = function(){
  return this.width * this.length;
}

这种继承方式有个问题,当我们为Rectangle增加area方法时,其实是添加到Shape.prototype上了,导致Shape的实例也有了area方法,这显然不是我们想要的。
一个方法是将Rectangle.prototype指向Shape的一个实例而非直接指向Shape.prototype

Rectangle.prototype = new Shape();
Rectangle.prototype.constructor = Rectangle;

由Shape实例再隐式指向Shape.prototype,这样Rectangle和Shape.prototype没有直接的耦合关系了。Rectangle实例也继承了Shape类型的所有属性和方法。
但是,Rectangle.prototype = new Shape(); 这里直接调用了Shape构造函数,所以这种方法只适合构造函数不带参数的基类继承。

本质上,上面的方法是用Shape实例做桥梁来连接Rectangle.prototype和Shape.prototype, 正确的方法是用一个中间函数来做这个桥梁。

function Middle(){};
Middle.prototype = Shape.prototype;
Rectangle.prototype = new Middle();
Rectangle.prototype.constructor = Rectangle;

这样既解决了实例化基类需要参数的问题,也解决了prototype对象指向的问题。
不论是使用对象还是使用函数,都是为了使Rectangle.prototype的原型对象指向Shape.prototype。如果使用浏览器非标准属性__proto__,只要直接设置子类prototype的__proto__属性就可以了。

Rectangle.prototype.__proto__ = Shape.prototype;

ES5

从ES3的实现方法可以看出,对象继承的核心问题就是处理父子类型对象的prototype。ES5标准为此专门在Object上增加了create方法来解决对象继承问题。

Rectangle.prototype = Object.create(Shape.prototype);
Rectangle.prototype.constructor = Rectangle;

这两个语句还可以进一步写成一个

Rectangle.prototype = Object.create(Shape.prototype,{
    constructor: {
        value: Reactangle,
        enumerable: false,
        writable: true,
        configurable: true
    }
});

ES6

ES6直接引入了Class关键字,通过extends关键字来继承父类。

Rectangle extends Shape{
    constructor(id, width, length){
        super(id);
        this.width = width;
        this.length = length;
    }
}

此外,虽然ES6中__proto__属性已经成为标准,ES6还是增加了Object.setPrototypeOf方法,用来代替直接设置__proto__属性的场合。所以ES6中继承方式还可以写成:

Object.setPrototypeOf(Rectangle.prototype, Shape.prototype);
Rectangle.prototype.constructor = Rectangle;
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