JavaScript系列--浅析原型链与继承

1、前言

继承是面向对象（OOP）语言中的一个最为人津津乐道的概念。许多面对对象（OOP）语言都支持两种继承方式:：接口继承 和 实现继承 。

接口继承只继承方法签名,而实现继承则继承实际的方法。因为js中方法没有签名，在ECMAScript中没法实现接口继承。ECMAScript只支持实现继承，并且其 实现继承 主要是依靠原型链来实现的。

 

2、概念

2.1简单回顾下构造函数,原型和实例的关系:

每一个构造函数(constructor)都有一个原型对象(prototype)，原型对象都包含一个指向构造函数的指针，而实例(instance)都包含一个指向原型对象的内部指针。

关系以下图所示：

​

 

2.2什么是原型链

每个对象拥有一个原型对象，经过__proto__指针指向上一个原型，并从中继承方法和属性，同时原型对象也可能拥有原型，这样一层层的，最终指向null。这种关系成为原型链（prototype chain）。

假若有这样一个要求：instance实例经过原型链找到了Father原型中的getFatherValue方法.

function Father(){
    this.property = true;
}
Father.prototype.getFatherValue = function(){
    return this.property;
}
function Son(){
    this.sonProperty = false;
}
//继承 Father
Son.prototype = new Father();//Son.prototype被重写,致使Son.prototype.constructor也一同被重写
Son.prototype.getSonVaule = function(){
    return this.sonProperty;
}
var instance = new Son();
console.log(instance.getFatherValue());//true

注意: 此时instance.constructor指向的是Father,这是由于Son.prototype中的constructor被重写的缘故.

 

2.3肯定原型和实例之间的关系

使用原型链后, 咱们怎么去判断原型和实例的这种继承关系呢? 方法通常有两种.

一、第一种是使用 instanceof 操做符。只要用这个操做符来测试实例(instance)与原型链中出现过的构造函数,结果就会返回true. 如下几行代码就说明了这点。

console.log(instance instanceof Object);//true
console.log(instance instanceof Father);//true
console.log(instance instanceof Son);//true

因为原型链的关系, 咱们能够说instance 是 Object, Father 或 Son中任何一个类型的实例. 所以, 这三个构造函数的结果都返回了true.

二、第二种是使用 isPrototypeOf() 方法,。一样只要是原型链中出现过的原型,isPrototypeOf() 方法就会返回true

console.log(Object.prototype.isPrototypeOf(instance));//true
console.log(Father.prototype.isPrototypeOf(instance));//true
console.log(Son.prototype.isPrototypeOf(instance));//true

 

2.4原型链的问题

原型链并不是十分完美, 它包含以下两个问题：

问题一: 当原型链中包含引用类型值的原型时,该引用类型值会被全部实例共享;

问题二: 在建立子类型(例如建立Son的实例)时,不能向超类型(例如Father)的构造函数中传递参数.

有鉴于此, 实践中不多会单独使用原型链。为此,下面将有一些尝试以弥补原型链的不足。

 

3、借用构造函数（经典继承）

为解决原型链中上述两个问题, 咱们开始使用一种叫作借用构造函数(constructor stealing)的技术(也叫经典继承).

基本思想：即在子类型构造函数的内部调用超类型构造函数。

function Father(){
    this.colors = ["red","blue","green"];
}
function Son(){
    Father.call(this);//继承了Father,且向父类型传递参数
}
var instance1 = new Son();
instance1.colors.push("black");
console.log(instance1.colors);//"red,blue,green,black"

var instance2 = new Son();
console.log(instance2.colors);//"red,blue,green" 可见引用类型值是独立的

很明显,借用构造函数一举解决了原型链的两大问题:

其一, 保证了原型链中引用类型值的独立,再也不被全部实例共享;

其二, 子类型建立时也可以向父类型传递参数.

随之而来的是, 若是仅仅借用构造函数,那么将没法避免构造函数模式存在的问题–方法都在构造函数中定义, 所以函数复用也就不可用了.并且超类型(如Father)中定义的方法,对子类型而言也是不可见的. 考虑此,借用构造函数的技术也不多单独使用。

 

4、组合继承

组合继承, 有时候也叫作伪经典继承,指的是将原型链和借用构造函数的技术组合到一块,从而发挥二者之长的一种继承模式.

基本思路: 使用原型链实现对原型属性和方法的继承,经过借用构造函数来实现对实例属性的继承.

这样,既经过在原型上定义方法实现了函数复用,又能保证每一个实例都有它本身的属性. 以下所示.

function Father(name){
    this.name = name;
    this.colors = ["red","blue","green"];
}
Father.prototype.sayName = function(){
    alert(this.name);
};
function Son(name,age){
    Father.call(this,name);//继承实例属性，第一次调用Father()
    this.age = age;
}
Son.prototype = new Father();//继承父类方法,第二次调用Father()
Son.prototype.sayAge = function(){
    alert(this.age);
}
var instance1 = new Son("louis",5);
instance1.colors.push("black");
console.log(instance1.colors);//"red,blue,green,black"
instance1.sayName();//louis
instance1.sayAge();//5

var instance1 = new Son("zhai",10);
console.log(instance1.colors);//"red,blue,green"
instance1.sayName();//zhai
instance1.sayAge();//10

组合继承避免了原型链和借用构造函数的缺陷,融合了它们的优势,成为 JavaScript 中最经常使用的继承模式. 并且, instanceof 和 isPrototypeOf( )也能用于识别基于组合继承建立的对象.

同时咱们还注意到组合继承其实调用了两次父类构造函数, 形成了没必要要的消耗, 那么怎样才能避免这种没必要要的消耗呢, 这个咱们将在后面讲到。

 

5、原型继承

该方法最初由道格拉斯·克罗克福德于2006年在一篇题为 《Prototypal Inheritance in JavaScript》(JavaScript中的原型式继承) 的文章中提出. 他的想法是借助原型能够基于已有的对象建立新对象， 同时还没必要所以建立自定义类型. 大意以下:

在object()函数内部, 先建立一个临时性的构造函数, 而后将传入的对象做为这个构造函数的原型,最后返回了这个临时类型的一个新实例。

function object(o){
    function F(){}
    F.prototype = o;
    return new F();
}

从本质上讲, object() 对传入其中的对象执行了一次浅复制. 下面咱们来看看为何是浅复制.

在 ECMAScript5 中,经过新增 object.create() 方法规范化了上面的原型式继承.

object.create() 接收两个参数：一、一个用做新对象原型的对象；二、(可选的)一个为新对象定义额外属性的对象

var person = {
    friends : ["Van","Louis","Nick"]
};
var anotherPerson = Object.create(person);
anotherPerson.friends.push("Rob");

var yetAnotherPerson = Object.create(person);
yetAnotherPerson.friends.push("Style");

alert(person.friends);//"Van,Louis,Nick,Rob,Style"

object.create() 只有一个参数时功能与上述object方法相同, 它的第二个参数与Object.defineProperties()方法的第二个参数格式相同: 每一个属性都是经过本身的描述符定义的.以这种方式指定的任何属性都会覆盖原型对象上的同名属性.例如:

var person = {
    name : "Van"
};
var anotherPerson = Object.create(person, {
    name : {
        value : "Louis"
    }
});
alert(anotherPerson.name);//"Louis"

目前支持 Object.create() 的浏览器有 IE9+, Firefox 4+, Safari 5+, Opera 12+ 和 Chrome.

提醒: 原型式继承中, 包含引用类型值的属性始终都会共享相应的值, 就像使用原型模式同样.

 

6、寄生式继承

寄生式继承是与原型式继承紧密相关的一种思路， 一样是克罗克福德推而广之.

寄生式继承的思路与(寄生)构造函数和工厂模式相似, 即建立一个仅用于封装继承过程的函数,该函数在内部以某种方式来加强对象,最后再像真的是它作了全部工做同样返回对象. 以下.

function createAnother(original){
    var clone = object(original);//经过调用object函数建立一个新对象
    clone.sayHi = function(){//以某种方式来加强这个对象
        alert("hi");
    };
    return clone;//返回这个对象
}

这个例子中的代码基于person返回了一个新对象–anotherPerson. 新对象不只具备 person 的全部属性和方法, 并且还被加强了, 拥有了sayH()方法.

注意: 使用寄生式继承来为对象添加函数, 会因为不能作到函数复用而下降效率;这一点与构造函数模式相似.

 

7、寄生组合式继承

前面讲过,组合继承是 JavaScript 最经常使用的继承模式; 不过, 它也有本身的不足. 组合继承最大的问题就是不管什么状况下,都会调用两次父类构造函数: 一次是在建立子类型原型的时候, 另外一次是在子类型构造函数内部.

寄生组合式继承就是为了下降调用父类构造函数的开销而出现的

其背后的基本思路是: 没必要为了指定子类型的原型而调用超类型的构造函数

function extend(subClass,superClass){
	var prototype = object(superClass.prototype);//建立对象
	prototype.constructor = subClass;//加强对象
	subClass.prototype = prototype;//指定对象
}

extend的高效率体如今它没有调用superClass构造函数,所以避免了在subClass.prototype上面建立没必要要,多余的属性. 于此同时,原型链还能保持不变; 所以还能正常使用 instanceof 和 isPrototypeOf() 方法。

 

综上所述有：原型链继承，构造函数继承（经典继承），组合继承，寄生继承，寄生组合继承五种方法，寄生组合式继承，集寄生式继承和组合继承的优势于一身,是实现基于类型继承的最有效方法。

 

下面咱们来看下extend的另外一种更为有效的扩展.

function extend(subClass, superClass) {
  var F = function() {};
  F.prototype = superClass.prototype;
  subClass.prototype = new F(); 
  subClass.prototype.constructor = subClass;

  subClass.superclass = superClass.prototype;
  if(superClass.prototype.constructor == Object.prototype.constructor) {
    superClass.prototype.constructor = superClass;
  }
}

我一直不太明白的是为何要 "new F()", 既然extend的目的是将子类型的 prototype 指向超类型的 prototype,为何不直接作以下操做呢?

subClass.prototype = superClass.prototype;//直接指向超类型prototype

显然, 基于如上操做, 子类型原型将与超类型原型共用, 根本就没有继承关系.

 

8、new操做符

为了追本溯源, 我顺便研究了new运算符具体干了什么?发现其实很简单，就干了三件事情.

var obj  = {};
obj.__proto__ = F.prototype;
F.call(obj);

第一行，咱们建立了一个空对象obj;

第二行，咱们将这个空对象的__proto__成员指向了F构造函数的prototype对象;

第三行，咱们将F函数对象的this指针替换成obj，而后再调用F函数.

 

 new 操做符调用构造函数的时候，函数内部实际上发生如下变化：

一、建立一个空对象，而且 this 变量引用该对象，同时还继承了该函数的原型。

二、属性和方法被加入到 this 引用的对象中。

三、新建立的对象由 this 所引用，而且最后隐式的返回 this.

 

9、属性查找

 使用了原型链后, 当查找一个对象的属性时，JavaScript 会向上遍历原型链，直到找到给定名称的属性为止，到查找到达原型链的顶部 - 也就是 Object.prototype - 可是仍然没有找到指定的属性，就会返回 undefined。

此时若想避免原型链查找, 建议使用hasOwnProperty方法. 由于hasOwnProperty是 JavaScript 中惟一一个处理属性可是不查找原型链的函数。

console.log(instance1.hasOwnProperty('age'));//true

对比: isPrototypeOf 则是用来判断该方法实例对象是否是参数的原型对象，是则返回true，不然返回false。如

console.log(Father.prototype.isPrototypeOf(instance1));//true

 

10、instanceof && typeof

instanceof 运算符是用来在运行时指出对象是不是构造器的一个实例。

instanceof 能够正确的判断对象的类型，由于内部机制是经过判断对象的原型链中是否是能找到类型的 prototype。

例如漏写了new运算符去调用某个构造器, 此时构造器内部能够经过 instanceof 来判断.(java中功能相似)

function f(){
  if(this instanceof arguments.callee)
    console.log('此处做为构造函数被调用');
  else
    console.log('此处做为普通函数被调用');
}
f();//此处做为普通函数被调用
new f();//此处做为构造函数被调用

 

对比: typeof 则用以获取一个变量或者表达式的类型, 通常只能返回以下几个结果:

一、typeof 对于基本类型，除了 null 均可以显示正确的类型

二、typeof 对于对象，除了函数都会显示 object

三、对于 null 来讲，虽然它是基本类型，可是会显示 object

总的来讲：number，boolean，string，function（函数）,object（NULL,数组，对象）,undefined。

 

11、参考

一、《JavaScript高级程序设计》

二、深刻理解JavaScript系列（5）：强大的原型和原型链 - 汤姆大叔 - 博客园