搞懂 JavaScript 繼承原理

前端小智發表於2018-09-27

JavaScript繼承

摘要： 理解JS繼承。

原文：搞懂 JavaScript 繼承原理
作者：前端小智

Fundebug經授權轉載，版權歸原作者所有。

在理解繼承之前，需要知道 js 的三個東西：

1. 什麼是 JS 原型鏈
1. this 的值到底是什麼
1. JS 的 new 到底是幹什麼的

1. 什麼是 JS 原型鏈？

我們知道 JS 有物件，比如

var obj = { name: "obj" };
複製程式碼

我們通過控制檯把 obj 列印出來：

我們會發現 obj 已經有幾個屬性（方法）了。那麼問題來了：valueOf / toString / constructor 是怎麼來？我們並沒有給 obj.valueOf 賦值呀。

上面這個圖有點難懂，我手畫一個示意圖：

我們發現控制檯打出來的結果是：

obj 本身有一個屬性 name (這是我們給它加的)
obj 還有一個屬性叫做 proto(它是一個物件)
obj 還有一個屬性，包括 valueOf, toString, constructor 等
obj.proto其實也有一個叫做proto的屬性(console.log 沒有顯示)，值為 null

現在回到我們的問題：obj 為什麼會擁有 valueOf / toString / constructor 這幾個屬性？

答案：這跟 proto有關。

當我們「讀取」 obj.toString 時，JS 引擎會做下面的事情：

看看 obj 物件本身有沒有 toString 屬性。沒有就走到下一步。
看看 obj.proto 物件有沒有 toString 屬性，發現 obj.proto 有 toString 屬性，於是找到了，所以 obj.toString 實際就是第 2 步中找到的 obj.proto.toString。
如果 obj.proto沒有，那麼瀏覽器會繼續檢視 obj.proto.proto
如果 obj.proto.proto也沒有，那麼瀏覽器會繼續檢視 obj.proto.proto.proto
直到找到 toString 或者 proto 為 null。

上面的過程，就是「讀」屬性的「搜尋過程」。而這個「搜尋過程」，是連著由 proto 組成的鏈子一直走的。這個鏈子，就叫做「原型鏈」。

共享原型鏈

現在我們還有另一個物件

var obj2 = { name: "obj2" };
複製程式碼

如圖:

那麼 obj.toString 和 obj2.toString 其實是同一東西，也就是 obj2.proto.toString。

說白了，我們改其中的一個 proto.toString ，那麼另外一個其實也會變!

差異化

如果我們想讓 obj.toString 和 obj2.toString 的行為不同怎麼做呢？直接賦值就好了：

obj.toString = function() {
    return "新的 toString 方法";
};
複製程式碼

小結

[讀]屬性時會沿著原型鏈搜尋
[新增]屬性時不會去看原型鏈

2. this 的值到底是什麼

你可能遇到過這樣的 JS 面試題：

var obj = {
    foo: function() {
        console.log(this);
    }
};

var bar = obj.foo;
obj.foo(); // 列印出的 this 是 obj
bar(); // 列印出的 this 是 window
複製程式碼

請解釋最後兩行函式的值為什麼不一樣。

函式呼叫

JS（ES5）裡面有三種函式呼叫形式：

func(p1, p2);
obj.child.method(p1, p2);
func.call(context, p1, p2); // 先不講 apply
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一般，初學者都知道前兩種形式，而且認為前兩種形式「優於」第三種形式。我們方方老師大姥說了，你一定要記住，第三種呼叫形式，才是正常呼叫形式：

func.call(context, p1, p2);
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其他兩種都是語法糖，可以等價地變為 call 形式：

func(p1, p2)等價於 func.call(undefined, p1, p2);

obj.child.method(p1, p2) 等價於 obj.child.method.call(obj.child, p1, p2);

至此我們的函式呼叫只有一種形式：

func.call(context, p1, p2);
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這樣，this 就好解釋了 this 就是上面 context。

this 是你 call 一個函式時傳的 context，由於你從來不用 call 形式的函式呼叫，所以你一直不知道。

先看 func(p1, p2) 中的 this 如何確定：

當你寫下面程式碼時;

function func() {
    console.log(this);
}

func();
等價於;

function func() {
    console.log(this);
}

func.call(undefined); // 可以簡寫為 func.call()
複製程式碼

按理說列印出來的 this 應該就是 undefined 了吧，但是瀏覽器裡有一條規則：

如果你傳的 context 就 null 或者 undefined，那麼 window 物件就是預設的 context（嚴格模式下預設 context 是 undefined）

因此上面的列印結果是 window。如果你希望這裡的 this 不是 window，很簡單：

func.call(obj); // 那麼裡面的 this 就是 obj 物件了
複製程式碼

回到題目：

var obj = {
    foo: function() {
        console.log(this);
    }
};

var bar = obj.foo;
obj.foo(); // 轉換為 obj.foo.call(obj)，this 就是 obj
bar();
// 轉換為 bar.call()
// 由於沒有傳 context
// 所以 this 就是 undefined
// 最後瀏覽器給你一個預設的 this —— window 物件
複製程式碼

[ ] 語法

function fn() {
    console.log(this);
}
var arr = [fn, fn2];
arr[0](); // 這裡面的 this 又是什麼呢？
複製程式碼

我們可以把 arr0 想象為 arr.0( )，雖然後者的語法錯了，但是形式與轉換程式碼裡的 obj.child.method(p1, p2) 對應上了，於是就可以愉快的轉換了：

arr[0]();
複製程式碼

假想為 arr.0() 然後轉換為 arr.0.call(arr) 那麼裡面的 this 就是 arr 了 :)

小結：

this 就是你 call 一個函式時，傳入的第一個引數。
如果你的函式呼叫不是 call 形式，請將其轉換為 call 形式

碼部署後可能存在的BUG沒法實時知道，事後為了解決這些BUG，花了大量的時間進行log 除錯，這邊順便給大家推薦一個好用的BUG監控工具 Fundebug。

3. JS 的 new 到底是幹什麼的？

我們宣告一個士兵，具有如下屬性：

var 士兵 = {
    ID: 1, // 用於區分每個士兵
    兵種: "美國大兵",
    攻擊力: 5,
    生命值: 42,
    行走: function() {
        /*走倆步的程式碼*/
    },
    奔跑: function() {
        /*狂奔的程式碼*/
    },
    死亡: function() {
        /*Go die*/
    },
    攻擊: function() {
        /*糊他熊臉*/
    },
    防禦: function() {
        /*護臉*/
    }
};
複製程式碼

我們製造一個士兵，只需要這樣：

兵營.製造(士兵);
複製程式碼

如果需要製造 100 個士兵怎麼辦呢？

迴圈 100 次吧：

var 士兵們 = []
var 士兵
for(var i=0; i<100; i++){
  士兵 = {
    ID: i, // ID 不能重複
    兵種:"美國大兵",
    攻擊力:5,
    生命值:42,
    行走:function(){ /*走倆步的程式碼*/}，
    奔跑:function(){ /*狂奔的程式碼*/  },
    死亡:function(){ /*Go die*/    },
    攻擊:function(){ /*糊他熊臉*/   },
    防禦:function(){ /*護臉*/       }
  }
  士兵們.push(士兵)
}

兵營.批量製造(士兵們)
複製程式碼

哎呀，看起來好簡單

質疑

上面的程式碼存在一個問題：浪費了很多記憶體

行走、奔跑、死亡、攻擊、防禦這五個動作對於每個士兵其實是一樣的，只需要各自引用同一個函式就可以了，沒必要重複建立 100 個行走、100 個奔跑……
這些士兵的兵種和攻擊力都是一樣的，沒必要建立 100 次。
只有 ID 和生命值需要建立 100 次，因為每個士兵有自己的 ID 和生命值。

改進

通過第一節可以知道，我們可以通過原型鏈來解決重複建立的問題：我們先建立一個「士兵原型」，然後讓「士兵」的 proto 指向「士兵原型」。

var 士兵原型 = {
  兵種:"美國大兵",
  攻擊力:5,
  行走:function(){ /*走倆步的程式碼*/}，
  奔跑:function(){ /*狂奔的程式碼*/  },
  死亡:function(){ /*Go die*/    },
  攻擊:function(){ /*糊他熊臉*/   },
  防禦:function(){ /*護臉*/       }
}

var 士兵們 = []
var 士兵
for(var i=0; i<100; i++){
  士兵 = {
    ID: i, // ID 不能重複
    生命值:42
  }

  /*實際工作中不要這樣寫，因為 __proto__ 不是標準屬性*/
  士兵.__proto__ = 士兵原型

  士兵們.push(士兵)
}

兵營.批量製造(士兵們)
複製程式碼

優雅？

有人指出建立一個士兵的程式碼分散在兩個地方很不優雅，於是我們用一個函式把這兩部分聯絡起來：

function 士兵(ID){
  var 臨時物件 = {};
  臨時物件.__proto__ = 士兵.原型;
  臨時物件.ID = ID;
  臨時物件.生命值 = 42;

  return 臨時物件;
}

士兵.原型 = {
  兵種:"美國大兵",
  攻擊力:5,
  行走:function(){ /*走倆步的程式碼*/}，
  奔跑:function(){ /*狂奔的程式碼*/  },
  死亡:function(){ /*Go die*/    },
  攻擊:function(){ /*糊他熊臉*/   },
  防禦:function(){ /*護臉*/       }
}

// 儲存為檔案：士兵.js

 然後就可以愉快地引用「士兵」來建立士兵了：

var 士兵們 = []
for(var i=0; i<100; i++){
  士兵們.push(士兵(i))
}

兵營.批量製造(士兵們)
複製程式碼

JS 之父看到大家都這麼搞，覺得何必呢，我給你們個糖吃，於是 JS 之父建立了 new 關鍵字，可以讓我們少寫幾行程式碼：

只要你在士兵前面使用 new 關鍵字，那麼可以少做四件事情：

不用建立臨時物件，因為 new 會幫你做（你使用「this」就可以訪問到臨時物件）；
不用繫結原型，因為 new 會幫你做(new 為了知道原型在哪，所以指定原型的名字 prototype);
不用 return 臨時物件，因為 new 會幫你做；
不要給原型想名字了，因為 new 指定名字為 prototype。

這一次用 new 來寫

function 士兵(ID){
  this.ID = ID
  this.生命值 = 42
}

士兵.prototype = {
  兵種:"美國大兵",
  攻擊力:5,
  行走:function(){ /*走倆步的程式碼*/},
  奔跑:function(){ /*狂奔的程式碼*/  },
  死亡:function(){ /*Go die*/    },
  攻擊:function(){ /*糊他熊臉*/   },
  防禦:function(){ /*護臉*/       }
}

// 儲存為檔案：士兵.js
然後是建立士兵（加了一個 new 關鍵字）：

var 士兵們 = []
for(var i=0; i<100; i++){
  士兵們.push(new 士兵(i))
}

兵營.批量製造(士兵們)
複製程式碼

new 的作用，就是省那麼幾行程式碼。（也就是所謂的語法糖）

注意 constructor 屬性

new 操作為了記錄「臨時物件是由哪個函式建立的」，所以預先給「士兵.prototype」加了一個 constructor 屬性：

士兵.prototype = {
    constructor: 士兵
};
複製程式碼

如果你重新對「士兵.prototype」賦值，那麼這個 constructor 屬性就沒了，所以你應該這麼寫：

士兵.prototype.兵種 = "美國大兵";
士兵.prototype.攻擊力 = 5;
士兵.prototype.行走 = function() {
    /*走倆步的程式碼*/
};
士兵.prototype.奔跑 = function() {
    /*狂奔的程式碼*/
};
士兵.prototype.死亡 = function() {
    /*Go die*/
};
士兵.prototype.攻擊 = function() {
    /*糊他熊臉*/
};
士兵.prototype.防禦 = function() {
    /*護臉*/
};
複製程式碼

或者你也可以自己給 constructor 重新賦值：

士兵.prototype = {
    constructor: 士兵,
    兵種: "美國大兵",
    攻擊力: 5,
    行走: function() {
        /*走倆步的程式碼*/
    },
    奔跑: function() {
        /*狂奔的程式碼*/
    },
    死亡: function() {
        /*Go die*/
    },
    攻擊: function() {
        /*糊他熊臉*/
    },
    防禦: function() {
        /*護臉*/
    }
};
複製程式碼

四、繼承

繼承的本質就是上面的講的原型鏈

1)藉助建構函式實現繼承

function Parent1() {
    this.name = "parent1";
}

Parent1.prototype.say = function() {};

function Child1() {
    Parent1.call(this);
    this.type = "child";
}

console.log(new Child1());
複製程式碼

列印結果：

這個主要是借用 call 來改變 this 的指向，通過 call 呼叫 Parent ，此時 Parent 中的 this 是指 Child1。有個缺點，從列印結果看出 Child1 並沒有 say 方法，所以這種只能繼承父類的例項屬性和方法，不能繼承原型屬性/方法。

2)藉助原型鏈實現繼承

/**
 * 藉助原型鏈實現繼承
 */
function Parent2() {
    this.name = "parent2";
    this.play = [1, 2, 3];
}

function Child2() {
    this.type = "child2";
}
Child2.prototype = new Parent2();

console.log(new Child2());

var s1 = new Child2();
var s2 = new Child2();
複製程式碼

列印：

通過一講的，我們知道要共享莫些屬性，需要物件.proto = 父親物件的.prototype,但實際上我們是不能直接操作proto，這時我們可以借用 new 來做，所以 Child2.prototype = new Parent2(); <=> Child2.prototype.proto = Parent2.prototype; 這樣我們藉助 new 這個語法糖，就可以實現原型鏈繼承。但這裡有個總是，如列印結果，我們給 s1.play 新增一個值，s2 也跟著改了。所以這個是原型鏈繼承的缺點，原因是 s1.pro 和 s2.pro指向同一個地址即父類的 prototype。

3)組合方式實現繼承

/**
 * 組合方式
 */

function Parent3() {
    this.name = "parent3";
    this.play = [1, 2, 3];
}

Parent3.prototype.say = function() {};

function Child3() {
    Parent3.call(this);
    this.type = "child3";
}

Child3.prototype = new Parent3();

var s3 = new Child3();
var s4 = new Child3();
s3.play.push(4);
console.log(new Child3());
console.log(s3.play, s4.play);
複製程式碼

列印:

將 1 和 2 兩種方式組合起來，就可以解決 1 和 2 存在問題，這種方式為組合繼承。這種方式有點缺點就是我例項一個物件的時，父類 new 了兩次，一次是 var s3 = new Child3()對應 Child3.prototype = new Parent3()還要 new 一次。

4)組合繼承的優化 1

function Parent4() {
    this.name = "parent4";
    this.play = [1, 2, 3];
}

Parent4.prototype.say = function() {};

function Child4() {
    Parent4.call(this);
    this.type = "child4";
}

Child4.prototype = Parent4.prototype;

var s5 = new Child4();
var s6 = new Child4();
複製程式碼

這邊主要為 Child4.prototype = Parent4.prototype，因為我們通過建構函式就可以拿到所有屬性和例項的方法，那麼現在我想繼承父類的原型物件，所以你直接賦值給我就行，不用在去 new 一次父類。其實這種方法還是有問題的，如果我在控制檯列印以下兩句:

從列印可以看出，此時我是沒有辦法區分一個物件是直接由它的子類例項化還是父類呢？我們還有一個方法判斷來判斷物件是否是類的例項，那就是用 constructor,我在控制檯列印以下內容：

咦，你會發現它指向的是父類，這顯然不是我們想要的結果，上面講過我們 prototype 裡面有一個 constructor, 而我們此時子類的 prototype 指向是父類的 prototye ,而父類 prototype 裡面的 contructor 當然是父類自己的，這個就是產生該問題的原因。

組合繼承的優化 2

/**
 * 組合繼承的優化2
 */

function Parent5() {
    this.name = "parent4";
    this.play = [1, 2, 3];
}

Parent5.prototype.say = function() {};

function Child5() {
    Parent5.call(this);
    this.type = "child4";
}

Child5.prototype = Object.create(Parent5.prototype);
複製程式碼

這裡主要使用Object.create()，它的作用是將物件繼承到proto屬性上。舉個例子：

var test = Object.create({ x: 123, y: 345 });
console.log(test); //{}
console.log(test.x); //123
console.log(test.__proto__.x); //3
console.log(test.__proto__.x === test.x); //true
複製程式碼

那大家可能說這樣解決了嗎，其實沒有解決,因為這時 Child5.prototype 還是沒有自己的 constructor,它要找的話還是向自己的原型物件上找最後還是找到 Parent5.prototype, constructor 還是 Parent5 ,所以要給 Child5.prototype 寫自己的 constructor:

Child5.prototype = Object.create(Parent5.prototype);
Child5.prototype.constructor = Child5;
複製程式碼

參考

關於Fundebug

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