JavaScript原型與繼承的祕密

dreamappleapple發表於2019-01-02
JavaScript原型繼承

原文釋出在dreamapplehappy/blog，本文如若有更新，都會在我的部落格進行更新。

我們最想誇耀的事物，就是我們所未擁有的事物 《羅生門》- 芥川龍之介

JavaScript的原型與繼承是每一個學習JavaScript的同學都會面對的一個問題，也是很多面試的必考題目； 但是經常會有一些同學對此一知半解，或者是淺嘗輒止；這是因為很多講解原型與繼承的文章寫的不是那麼通俗易懂， 而本文的目的就是一次性的幫助大家把這一系列的知識點梳理清楚；希望我這次能夠做一個好的投球手。

首先我們需要知道的是，JavaScript是一種動態語言，本質上說它是沒有Class(類)的；但是它也需要一種繼承的方式， 那就是原型繼承；JavaScript物件的一些屬性和方法都是繼承自別的物件。

很多同學對JavaScript的原型和繼承不是很理解，一個重要的原因就是大家沒有理解__proto__和prototype這兩個屬性的意思。 接下來我們先來好好梳理一下這兩個屬性，看看它們存在哪裡，代表了什麼意義，又有什麼作用。

首先來說一下__proto__這個屬性吧，我們需要知道的是，除了null和undefined，JavaScript中的所有資料型別都有這個屬性； 它表示的意義是：當我們訪問一個物件的某個屬性的時候，如果這個物件自身不存在這個屬性， 那麼就從這個物件的__proto__(為了方便下面描述，這裡暫且把這個屬性稱作p0)屬性上面 繼續查詢這個屬性，如果p0上面還存在__proto__(p1)屬性的話，那麼就會繼續在p1上面查詢響應的屬性， 直到查詢到這個屬性，或者沒有__proto__屬性為止。 我們可以用下面這兩幅圖來表示：

__proto__

上面這幅圖表示在obj的原型鏈上面找到了屬性名字是a的值

__proto__

上面這幅圖表示在obj的原型鏈上面沒有找到屬性名字是a的值

我們把一個物件的__proto__屬性所指向的物件，叫做這個物件的原型；我們可以修改一個物件的原型來讓這個物件擁有某種屬性，或者某個方法。

// 修改一個Number型別的值的原型
const num = 1;
num.__proto__.name = "My name is 1";
console.log(num.name); // My name is 1

// 修改一個物件的原型
const obj = {};
obj.__proto__.name = "dreamapple";
console.log(obj.name); // dreamapple
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這裡需要特別注意的是，__proto__這個屬性雖然被大多數的瀏覽器支援，但是其實它僅在ECMAScript 2015 規範中被準確的定義， 目的是為了給這個傳統的功能定製一個標準，以確保瀏覽器之間的相容性。通過使用__proto__屬性來修改一個物件的原型是非常慢且影響效能的一種操作。 所以，現在如果我們想要獲取一個物件的原型，推薦使用Object.getPrototypeOf 或者Reflect.getPrototypeOf，設定一個物件的原型推薦使用Object.setPrototypeOf或者是Reflect.setPrototypeOf。

到這裡為止，我們來對__proto__屬性做一個總結：

  • 存在哪裡？ 除了null和undefined所有其他的JavaScript物件或者原始型別都有這個屬性
  • 代表了什麼？ 表示了一個物件的原型
  • 有什麼作用？ 可以獲取和修改一個物件的原型

說完__proto__屬性，接下來我們就要好好的來理解一下prototype屬性了；首先我們需要記住的是，這個屬性一般只存在於函式物件上面； 只要是能夠作為構造器的函式，他們都包含這個屬性。也就是說，只要這個函式能夠通過使用new操作符來生成一個新的物件， 那麼這個函式肯定具有prototype屬性。因為我們自定義的函式都可以通過new操作符生成一個物件，所以我們自定義的函式都有prototype 這個屬性。

// 函式字面量
console.log((function(){}).prototype); // {constructor: ƒ}

// Date構造器
console.log(Date.prototype); // {constructor: ƒ, toString: ƒ, toDateString: ƒ, toTimeString: ƒ, toISOString: ƒ, …}

// Math.abs 不是構造器，不能通過new操作符生成一個新的物件，所以不含有prototype屬性
console.log(Math.abs.prototype); // undefined
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那這個prototype屬性有什麼作用呢？這個prototype屬性的作用就是：函式通過使用new操作符生成的一個物件， 這個物件的原型(也就是__proto__)指向該函式的prototype屬性。 那麼一個比較簡潔的表示__proto__和prototype 屬性之間關係的等式也就出來了，如下所示：

// 其中F表示一個自定義的函式或者是含有prototype屬性的內建函式
new F().__proto__ === F.prototype // true
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我們可以使用下面這張圖來更加形象的表示上面這種關係：

JavaScript原型與繼承的祕密

看到上面等式，我想大家對於__proto__和prototype之間關係的理解應該會更深一層了。

好，接下來我們對prototype屬性也做一個總結：

  • 存在哪裡？ 自定義的函式，或者能夠通過new操作符生成一個物件的內建函式
  • 代表了什麼？ 它表示了某個函式通過new操作符生成的物件的原型
  • 有什麼作用？ 可以讓一個函式通過new操作符生成的許多物件共享一些方法和屬性

其實到這裡為止，關於JavaScript的原型和繼承已經講得差不多了；下面的內容是一些基於上面的一些擴充， 可以讓你更好地理解我們上面所說的。

當我們理解了上面的知識點之後，我們就可以對下面的表示式做一個判斷了：

// 因為Object是一個函式，函式的構造器都是Function
Object.__proto__ === Function.prototype // true

// 通過函式字面量定義的函式的__proto__屬性都指向Function.prototype
(function(){}).__proto__ === Function.prototype // true

// 通過物件字面量定義的物件的__proto__屬性都是指向Object.prototype
({}).__proto__ === Object.prototype // true

// Object函式的原型的__proto__屬性指向null
Object.prototype.__proto__ === null // true

// 因為Function本身也是一個函式，所以Function函式的__proto__屬性指向它自身的prototype
Function.__proto__ === Function.prototype // true

// 因為Function的prototype是一個物件，所以Function.prototype的__proto__屬性指向Object.prototype
Function.prototype.__proto__ === Object.prototype // true
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如果你能夠把上面的表示式都梳理清楚的話，那麼說明你對這部分知識掌握的還是不錯的。

談及JavaScript的原型和繼承，那麼我們還需要知道另一個概念；那就是constructor，那什麼是constructor呢？ constructor表示一個物件的建構函式，除了null和undefined以外，JavaScript中的所有資料型別都有這個屬性； 我們可以通過下面的程式碼來驗證一下：

null.constructor // Uncaught TypeError: Cannot read property 'constructor' of null ...
undefined.constructor // Uncaught TypeError: Cannot read property 'constructor' of undefined ...

(true).constructor // ƒ Boolean() { [native code] }
(1).constructor // ƒ Number() { [native code] }
"hello".constructor // ƒ String() { [native code] }
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我們還可以使用下面的圖來更加具體的表現：

JavaScript原型與繼承的祕密

但是其實上面這張圖的表示並不算準確，因為一個物件的constructor屬性確切地說並不是存在這個物件上面的； 而是存在這個物件的原型上面的(如果是多級繼承需要手動修改原型的constructor屬性，見文章末尾的程式碼)，我們可以使用下面的程式碼來解釋一下：

const F = function() {};
// 當我們定義一個函式的時候，這個函式的prototype屬性上面的constructor屬性指向自己本身
F.prototype.constructor === F; // true
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下面的圖片形象的展示了上面的程式碼所表示的內容：

JavaScript原型與繼承的祕密

關於constructor還有一些需要注意的問題，對與JavaScript的原始型別來說，它們的constructor屬性是隻讀的，不可以修改。 我們可以通過下面的程式碼來驗證一下：

(1).constructor = "something";
console.log((1).constructor); // 輸出 ƒ Number() { [native code] }
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當然，如果你真的想更改這些原始型別的constructor屬性的話，也不是不可以，你可以通過下面的方式來進行修改：

Number.prototype.constructor = "number constructor";
(1).constructor = 1;
console.log((1).constructor); // 輸出 number constructor
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當然上面的方式我們是不推薦你在真實的開發中去使用的，如果你想要了解更多關於constructor的內容，可以看看Object.prototype.constructor 。

接下來，我會使用一些程式碼來把今天講解的知識再大致的回顧一下：

function Animal(name) {
  this.name = name;
}

Animal.prototype.setName = function(name) {
  this.name = name;
};
Animal.prototype.getName = function(name) {
  return this.name;
};

function Dog(name, breed) {
  Animal.call(this, name);
  this.breed = breed;
}

Dog.prototype = Object.create(Animal.prototype);

// 因為上面的語句將我們原來的prototype的指向修改了，所以我們要重新定義Dog的prototype屬性的constructor屬性
Reflect.defineProperty(Dog.prototype, "constructor", {
  value: Dog,
  enumerable: false, // 不可列舉
  writable: true
});

const animal = new Animal("potato");
console.log(animal.__proto__ === Animal.prototype); // true
console.log(animal.constructor === Animal); // true
console.log(animal.name); // potato

const dog = new Dog("potato", "labrador");
console.log(dog.name); // potato
console.log(dog.breed); // labrador
console.log(dog.__proto__ === Dog.prototype); // true
console.log(dog.constructor === Dog); // true
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這篇文章到這裡基本上可以告一段落了，但是其實關於JavaScript的原型與繼承還有許多內容，也還有許多可以研究的地方；但是這篇文章到這裡就算是結束了。

我後面還會寫一些關於JavaScript原型與繼承的內容，如果大家有興趣的話，可以關注一下；也可以點選這裡發表留言。

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