淺談 instanceof 和 typeof 的實現原理

程式碼灣發表於2018-06-03

typeof 實現原理

typeof 一般被用於判斷一個變數的型別，我們可以利用 typeof 來判斷number, string, object, boolean, function, undefined, symbol 這七種型別，這種判斷能幫助我們搞定一些問題，比如在判斷不是 object 型別的資料的時候，typeof能比較清楚的告訴我們具體是哪一類的型別。但是，很遺憾的一點是，typeof 在判斷一個 object的資料的時候只能告訴我們這個資料是 object, 而不能細緻的具體到是哪一種 object, 比如?

let s = new String('abc');
typeof s === 'object'// true
s instanceof String // true
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要想判斷一個資料具體是哪一種 object 的時候，我們需要利用 instanceof 這個操作符來判斷，這個我們後面會說到。

來談談關於 typeof 的原理吧，我們可以先想一個很有意思的問題，js 在底層是怎麼儲存資料的型別資訊呢？或者說，一個 js 的變數，在它的底層實現中，它的型別資訊是怎麼實現的呢？

其實，js 在底層儲存變數的時候，會在變數的機器碼的低位1-3位儲存其型別資訊?

  • 000：物件
  • 010：浮點數
  • 100：字串
  • 110：布林
  • 1：整數

but, 對於 undefined 和 null 來說，這兩個值的資訊儲存是有點特殊的。

null：所有機器碼均為0

undefined：用 −2^30 整數來表示

所以，typeof 在判斷 null 的時候就出現問題了，由於 null 的所有機器碼均為0，因此直接被當做了物件來看待。

然而用 instanceof 來判斷的話?

null instanceof null // TypeError: Right-hand side of 'instanceof' is not an object
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null 直接被判斷為不是 object，這也是 JavaScript 的歷史遺留bug，可以參考typeof。

因此在用 typeof 來判斷變數型別的時候，我們需要注意，最好是用 typeof 來判斷基本資料型別（包括symbol），避免對 null 的判斷。

還有一個不錯的判斷型別的方法，就是Object.prototype.toString，我們可以利用這個方法來對一個變數的型別來進行比較準確的判斷

Object.prototype.toString.call(1) // "[object Number]"

Object.prototype.toString.call('hi') // "[object String]"

Object.prototype.toString.call({a:'hi'}) // "[object Object]"

Object.prototype.toString.call([1,'a']) // "[object Array]"

Object.prototype.toString.call(true) // "[object Boolean]"

Object.prototype.toString.call(() => {}) // "[object Function]"

Object.prototype.toString.call(null) // "[object Null]"

Object.prototype.toString.call(undefined) // "[object Undefined]"

Object.prototype.toString.call(Symbol(1)) // "[object Symbol]"
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instanceof 操作符的實現原理

之前我們提到了 instanceof 來判斷物件的具體型別，其實 instanceof 主要的作用就是判斷一個例項是否屬於某種型別

let person = function () {
}
let nicole = new person()
nicole instanceof person // true
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當然，instanceof 也可以判斷一個例項是否是其父型別或者祖先型別的例項。

let person = function () {
}
let programmer = function () {
}
programmer.prototype = new person()
let nicole = new programmer()
nicole instanceof person // true
nicole instanceof programmer // true
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這是 instanceof 的用法，但是 instanceof 的原理是什麼呢？根據 ECMAScript 語言規範，我梳理了一下大概的思路，然後整理了一段程式碼如下

function new_instance_of(leftVaule, rightVaule) { 
    let rightProto = rightVaule.prototype; // 取右表示式的 prototype 值
    leftVaule = leftVaule.__proto__; // 取左表示式的__proto__值
    while (true) {
    	if (leftVaule === null) {
            return false;	
        }
        if (leftVaule === rightProto) {
            return true;	
        } 
        leftVaule = leftVaule.__proto__ 
    }
}
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其實 instanceof 主要的實現原理就是隻要右邊變數的 prototype 在左邊變數的原型鏈上即可。因此，instanceof 在查詢的過程中會遍歷左邊變數的原型鏈，直到找到右邊變數的 prototype，如果查詢失敗，則會返回 false，告訴我們左邊變數並非是右邊變數的例項。

看幾個很有趣的例子

function Foo() {
}

Object instanceof Object // true
Function instanceof Function // true
Function instanceof Object // true
Foo instanceof Foo // false
Foo instanceof Object // true
Foo instanceof Function // true
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要想全部理解 instanceof 的原理，除了我們剛剛提到的實現原理，我們還需要知道 JavaScript 的原型繼承原理。

關於原型繼承的原理，我簡單用一張圖來表示

淺談 instanceof 和 typeof 的實現原理

我們知道每個 JavaScript 物件均有一個隱式的 __proto__ 原型屬性，而顯式的原型屬性是 prototype，只有 Object.prototype.__proto__ 屬性在未修改的情況下為 null 值。根據圖上的原理，我們來梳理上面提到的幾個有趣的 instanceof 使用的例子。

  • Object instanceof Object

    由圖可知，Object 的 prototype 屬性是 Object.prototype, 而由於 Object 本身是一個函式，由 Function 所建立，所以 Object.__proto__ 的值是 Function.prototype，而 Function.prototype 的 __proto__ 屬性是 Object.prototype，所以我們可以判斷出，Object instanceof Object 的結果是 true 。用程式碼簡單的表示一下

    leftValue = Object.__proto__ = Function.prototype;
rightValue = Object.prototype;
// 第一次判斷
leftValue != rightValue
leftValue = Function.prototype.__proto__ = Object.prototype
// 第二次判斷
leftValue === rightValue
// 返回 true
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    Function instanceof Function 和 Function instanceof Object 的執行過程與 Object instanceof Object 類似，故不再詳說。

  • Foo instanceof Foo

    Foo 函式的 prototype 屬性是 Foo.prototype，而 Foo 的 __proto__ 屬性是 Function.prototype，由圖可知，Foo 的原型鏈上並沒有 Foo.prototype ，因此 Foo instanceof Foo 也就返回 false 。

    我們用程式碼簡單的表示一下

    leftValue = Foo, rightValue = Foo
leftValue = Foo.__proto = Function.prototype
rightValue = Foo.prototype
// 第一次判斷
leftValue != rightValue
leftValue = Function.prototype.__proto__ = Object.prototype
// 第二次判斷
leftValue != rightValue
leftValue = Object.prototype = null
// 第三次判斷
leftValue === null
// 返回 false
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  • Foo instanceof Object

    leftValue = Foo, rightValue = Object
leftValue = Foo.__proto__ = Function.prototype
rightValue = Object.prototype
// 第一次判斷
leftValue != rightValue
leftValue = Function.prototype.__proto__ = Object.prototype
// 第二次判斷
leftValue === rightValue
// 返回 true 
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  • Foo instanceof Function

    leftValue = Foo, rightValue = Function
leftValue = Foo.__proto__ = Function.prototype
rightValue = Function.prototype
// 第一次判斷
leftValue === rightValue
// 返回 true 
複製程式碼

總結

簡單來說，我們使用 typeof 來判斷基本資料型別是 ok 的，不過需要注意當用 typeof 來判斷 null 型別時的問題，如果想要判斷一個物件的具體型別可以考慮用 instanceof，但是 instanceof 也可能判斷不準確，比如一個陣列，他可以被 instanceof 判斷為 Object。所以我們要想比較準確的判斷物件例項的型別時，可以採取 Object.prototype.toString.call 方法。

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