JavaScript系列--淺析原型鏈與繼承

1、前言

繼承是面向對象（OOP）語言中的一個最爲人津津樂道的概念。許多面對對象（OOP）語言都支持兩種繼承方式:：接口繼承 和 實現繼承 。

接口繼承只繼承方法簽名,而實現繼承則繼承實際的方法。因爲js中方法沒有簽名，在ECMAScript中沒法實現接口繼承。ECMAScript只支持實現繼承，並且其 實現繼承 主要是依靠原型鏈來實現的。

 

2、概念

2.1簡單回顧下構造函數,原型和實例的關係:

每一個構造函數(constructor)都有一個原型對象(prototype)，原型對象都包含一個指向構造函數的指針，而實例(instance)都包含一個指向原型對象的內部指針。

關係以下圖所示：

​

 

2.2什麼是原型鏈

每個對象擁有一個原型對象，經過__proto__指針指向上一個原型，並從中繼承方法和屬性，同時原型對象也可能擁有原型，這樣一層層的，最終指向null。這種關係成爲原型鏈（prototype chain）。

假若有這樣一個要求：instance實例經過原型鏈找到了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;
}
//繼承 Father
Son.prototype = new Father();//Son.prototype被重寫,致使Son.prototype.constructor也一同被重寫
Son.prototype.getSonVaule = function(){
    return this.sonProperty;
}
var instance = new Son();
console.log(instance.getFatherValue());//true

注意: 此時instance.constructor指向的是Father,這是由於Son.prototype中的constructor被重寫的緣故.

 

2.3肯定原型和實例之間的關係

使用原型鏈後, 咱們怎麼去判斷原型和實例的這種繼承關係呢? 方法通常有兩種.

一、第一種是使用 instanceof 操做符。只要用這個操做符來測試實例(instance)與原型鏈中出現過的構造函數,結果就會返回true. 如下幾行代碼就說明了這點。

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

因爲原型鏈的關係, 咱們能夠說instance 是 Object, Father 或 Son中任何一個類型的實例. 所以, 這三個構造函數的結果都返回了true.

二、第二種是使用 isPrototypeOf() 方法,。一樣只要是原型鏈中出現過的原型,isPrototypeOf() 方法就會返回true

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

 

2.4原型鏈的問題

原型鏈並不是十分完美, 它包含以下兩個問題：

問題一: 當原型鏈中包含引用類型值的原型時,該引用類型值會被全部實例共享;

問題二: 在建立子類型(例如建立Son的實例)時,不能向超類型(例如Father)的構造函數中傳遞參數.

有鑑於此, 實踐中不多會單獨使用原型鏈。爲此,下面將有一些嘗試以彌補原型鏈的不足。

 

3、借用構造函數（經典繼承）

爲解決原型鏈中上述兩個問題, 咱們開始使用一種叫作借用構造函數(constructor stealing)的技術(也叫經典繼承).

基本思想：即在子類型構造函數的內部調用超類型構造函數。

function Father(){
    this.colors = ["red","blue","green"];
}
function Son(){
    Father.call(this);//繼承了Father,且向父類型傳遞參數
}
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" 可見引用類型值是獨立的

很明顯,借用構造函數一舉解決了原型鏈的兩大問題:

其一, 保證了原型鏈中引用類型值的獨立,再也不被全部實例共享;

其二, 子類型建立時也可以向父類型傳遞參數.

隨之而來的是, 若是僅僅借用構造函數,那麼將沒法避免構造函數模式存在的問題–方法都在構造函數中定義, 所以函數複用也就不可用了.並且超類型(如Father)中定義的方法,對子類型而言也是不可見的. 考慮此,借用構造函數的技術也不多單獨使用。

 

4、組合繼承

組合繼承, 有時候也叫作僞經典繼承,指的是將原型鏈和借用構造函數的技術組合到一塊,從而發揮二者之長的一種繼承模式.

基本思路: 使用原型鏈實現對原型屬性和方法的繼承,經過借用構造函數來實現對實例屬性的繼承.

這樣,既經過在原型上定義方法實現了函數複用,又能保證每一個實例都有它本身的屬性. 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);//繼承實例屬性，第一次調用Father()
    this.age = age;
}
Son.prototype = new Father();//繼承父類方法,第二次調用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

組合繼承避免了原型鏈和借用構造函數的缺陷,融合了它們的優勢,成爲 JavaScript 中最經常使用的繼承模式. 並且, instanceof 和 isPrototypeOf( )也能用於識別基於組合繼承建立的對象.

同時咱們還注意到組合繼承其實調用了兩次父類構造函數, 形成了沒必要要的消耗, 那麼怎樣才能避免這種沒必要要的消耗呢, 這個咱們將在後面講到。

 

5、原型繼承

該方法最初由道格拉斯·克羅克福德於2006年在一篇題爲 《Prototypal Inheritance in JavaScript》(JavaScript中的原型式繼承) 的文章中提出. 他的想法是藉助原型能夠基於已有的對象建立新對象， 同時還沒必要所以建立自定義類型. 大意以下:

在object()函數內部, 先建立一個臨時性的構造函數, 而後將傳入的對象做爲這個構造函數的原型,最後返回了這個臨時類型的一個新實例。

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

從本質上講, object() 對傳入其中的對象執行了一次淺複製. 下面咱們來看看爲何是淺複製.

在 ECMAScript5 中,經過新增 object.create() 方法規範化了上面的原型式繼承.

object.create() 接收兩個參數：一、一個用做新對象原型的對象；二、(可選的)一個爲新對象定義額外屬性的對象

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() 只有一個參數時功能與上述object方法相同, 它的第二個參數與Object.defineProperties()方法的第二個參數格式相同: 每一個屬性都是經過本身的描述符定義的.以這種方式指定的任何屬性都會覆蓋原型對象上的同名屬性.例如:

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

目前支持 Object.create() 的瀏覽器有 IE9+, Firefox 4+, Safari 5+, Opera 12+ 和 Chrome.

提醒: 原型式繼承中, 包含引用類型值的屬性始終都會共享相應的值, 就像使用原型模式同樣.

 

6、寄生式繼承

寄生式繼承是與原型式繼承緊密相關的一種思路， 一樣是克羅克福德推而廣之.

寄生式繼承的思路與(寄生)構造函數和工廠模式相似, 即建立一個僅用於封裝繼承過程的函數,該函數在內部以某種方式來加強對象,最後再像真的是它作了全部工做同樣返回對象. 以下.

function createAnother(original){
    var clone = object(original);//經過調用object函數建立一個新對象
    clone.sayHi = function(){//以某種方式來加強這個對象
        alert("hi");
    };
    return clone;//返回這個對象
}

這個例子中的代碼基於person返回了一個新對象–anotherPerson. 新對象不只具備 person 的全部屬性和方法, 並且還被加強了, 擁有了sayH()方法.

注意: 使用寄生式繼承來爲對象添加函數, 會因爲不能作到函數複用而下降效率;這一點與構造函數模式相似.

 

7、寄生組合式繼承

前面講過,組合繼承是 JavaScript 最經常使用的繼承模式; 不過, 它也有本身的不足. 組合繼承最大的問題就是不管什麼狀況下,都會調用兩次父類構造函數: 一次是在建立子類型原型的時候, 另外一次是在子類型構造函數內部.

寄生組合式繼承就是爲了下降調用父類構造函數的開銷而出現的

其背後的基本思路是: 沒必要爲了指定子類型的原型而調用超類型的構造函數

function extend(subClass,superClass){
	var prototype = object(superClass.prototype);//建立對象
	prototype.constructor = subClass;//加強對象
	subClass.prototype = prototype;//指定對象
}

extend的高效率體如今它沒有調用superClass構造函數,所以避免了在subClass.prototype上面建立沒必要要,多餘的屬性. 於此同時,原型鏈還能保持不變; 所以還能正常使用 instanceof 和 isPrototypeOf() 方法。

 

綜上所述有：原型鏈繼承，構造函數繼承（經典繼承），組合繼承，寄生繼承，寄生組合繼承五種方法，寄生組合式繼承，集寄生式繼承和組合繼承的優勢於一身,是實現基於類型繼承的最有效方法。

 

下面咱們來看下extend的另外一種更爲有效的擴展.

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爲何要 "new F()", 既然extend的目的是將子類型的 prototype 指向超類型的 prototype,爲何不直接作以下操做呢?

subClass.prototype = superClass.prototype;//直接指向超類型prototype

顯然, 基於如上操做, 子類型原型將與超類型原型共用, 根本就沒有繼承關係.

 

8、new操做符

爲了追本溯源, 我順便研究了new運算符具體幹了什麼?發現其實很簡單，就幹了三件事情.

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

第一行，咱們建立了一個空對象obj;

第二行，咱們將這個空對象的__proto__成員指向了F構造函數的prototype對象;

第三行，咱們將F函數對象的this指針替換成obj，而後再調用F函數.

 

 new 操做符調用構造函數的時候，函數內部實際上發生如下變化：

一、建立一個空對象，而且 this 變量引用該對象，同時還繼承了該函數的原型。

二、屬性和方法被加入到 this 引用的對象中。

三、新建立的對象由 this 所引用，而且最後隱式的返回 this.

 

9、屬性查找

 使用了原型鏈後, 當查找一個對象的屬性時，JavaScript 會向上遍歷原型鏈，直到找到給定名稱的屬性爲止，到查找到達原型鏈的頂部 - 也就是 Object.prototype - 可是仍然沒有找到指定的屬性，就會返回 undefined。

此時若想避免原型鏈查找, 建議使用hasOwnProperty方法. 由於hasOwnProperty是 JavaScript 中惟一一個處理屬性可是不查找原型鏈的函數。

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

對比: isPrototypeOf 則是用來判斷該方法實例對象是否是參數的原型對象，是則返回true，不然返回false。如

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

 

10、instanceof && typeof

instanceof 運算符是用來在運行時指出對象是不是構造器的一個實例。

instanceof 能夠正確的判斷對象的類型，由於內部機制是經過判斷對象的原型鏈中是否是能找到類型的 prototype。

例如漏寫了new運算符去調用某個構造器, 此時構造器內部能夠經過 instanceof 來判斷.(java中功能相似)

function f(){
  if(this instanceof arguments.callee)
    console.log('此處做爲構造函數被調用');
  else
    console.log('此處做爲普通函數被調用');
}
f();//此處做爲普通函數被調用
new f();//此處做爲構造函數被調用

 

對比: typeof 則用以獲取一個變量或者表達式的類型, 通常只能返回以下幾個結果:

一、typeof 對於基本類型，除了 null 均可以顯示正確的類型

二、typeof 對於對象，除了函數都會顯示 object

三、對於 null 來講，雖然它是基本類型，可是會顯示 object

總的來講：number，boolean，string，function（函數）,object（NULL,數組，對象）,undefined。

 

11、參考

一、《JavaScript高級程序設計》

二、深刻理解JavaScript系列（5）：強大的原型和原型鏈 - 湯姆大叔 - 博客園