详解JS原型链与继承

摘自JavaScript高级程序设计:

继承是OO语言中的一个最为人津津乐道的概念。许多的OO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。由于js中方法没有签名，在ECMAScript中无法实现接口继承。ECMAScript只支持实现继承，而且其实现继承主要是依靠原型链来实现的。

概念

简单回顾下构造函数，原型和实例的关系：

TIP

每个构造函数(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。

JS对象的圈子里有这么个游戏规则：

TIP

如果试图引用对象(实例instance)的某个属性，会首先在对象内部寻找该属性，直至找不到，然后才在该对象的原型(instance.prototype)里去找这个属性。

如果让原型对象指向另一个类型的实例......有趣的事情便发生了。

即：construct1.prototype = instance2

鉴于上述游戏规则生效,如果试图引用 constructor1 构造的实例 instance1 的某个属性 p1:

1). 首先会在instance1内部属性中找一遍；

2). 接着会在instance1.__proto__(constructor1.prototype)中找一遍，而constructor1.prototype 实际上是instance2，也就是说在instance2中寻找该属性p1；

3). 如果 instance2 中还是没有,此时程序不会灰心,它会继续在 instance2.__proto__(constructor2.prototype)中寻找...直至 Object 的原型对象

搜索轨迹：

instance1 –> instance2 –> constructor2.prototype... –> Object.prototype

这种搜索的轨迹,形似一条长链，又因prototype在这个游戏规则中充当链接的作用，于是我们把这种实例与原型的链条称作 原型链 。下面有个例子：

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，导致 Son.prototype.constructor 也被一同重写
Son.prototype.getSonValue = function() {
    return this.sonProperty;
}
var instance = new Son();
alert(instance.getFatherValue()); // true (instance没有此属性找到了Father中)

instance 实例通过原型链找到了 Father 原型中的 getFatherValue 方法。

注意：此时 instance.constructor 指向的是 Father，这是因为 Son.prototype 中的 constructor 被重写的缘故。修复Son.prototype.constructor:Son.prototype.constructor = Son;

以上我们弄清楚了何为原型链。

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确定原型和实例的关系

使用原型链后，我们怎么去判断原型和实例的这种继承关系呢？方法一般有两种。

TIP

第一种是使用 instanceof 运算符，只要这个操作符来测试实例(instance)与原型链中出现过的构造函数，结果就会返回 true。以下几行代码就说明了这一点：

alert(instance instanceof Object); // true
alert(instance instanceof Father); // true
alert(instance instanceof Son); // true

由于原型链的关系，我们可以说 instance 是 Object，Father 或 Son 中任何一个类型的实例。因此，这三个构造函数的结果都返回了 true。

TIP

第二种是使用 isPrototypeOf() 方法，同样只要是原型链中出现过的原型，isPrototypeOf() 方法就会返回 true，如下所示：

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

原理同上。

原型链的问题

原型链并非十分完美，它包含如下两个问题。

TIP

问题一：当原型链中包含引用类型值的原型时，该引用类型值会被所有实例共享；

问题二：在创建子类型（例如创建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，实践中很少会单独使用原型链。

为此，下面将有一些尝试以弥补原型链的不足。

借用构造函数

为解决原型链中上述两个问题，我们开始使用一种叫做借用构造函数(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,不再被所有实例共享;

其二, 子类型创建时也能够向父类型传递参数.

随之而来的是, 如果仅仅借用构造函数,那么将无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， 因此函数复用也就不可用了。而且超类型 (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很少单独使用。

优缺点

TIP

优点就是能够通过instanceof识别对象

缺点是每次实例化一个对象，都会把属性和方法复制一遍。而且，子类的构造函数中新增的属性，一定要放在借用构造函数之后，否则，就会被超类的构造函数重写。

组合继承

组合继承，有时候也叫做伪经典继承，指的是将原型链和借用构造函数的技术组合到一块，从而发挥两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，通过借用构造函数来实现对实例属性的继承。

这样，既通过在原型上定义方法实现了函数复用，又能保证每个实例都有它自己的属性。如下所示：

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

TIP

组合继承避免了原型链和借用构造函数的缺陷，融合了它们的优点，成为 JavaScript 中最常用的继承模式。而且，instanceof 和 isPrototypeOf() 也能用于识别基于组合继承创建的对象。

同时我们还注意到组合继承其实调用了两次父类构造函数，造成了不必要的消耗，那么怎样才能避免这种不必要的消耗呢，这个我们将在后面讲到。

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可以基于已有的对象创建新对象，同时还不必因此创建自定义类型。大意如下：

TIP

在 object() 函数内部，先创建一个临时性的构造函数，然后将传入的对象作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。下面我们来看看为什么是浅复制。

var person = {
    friends : ["Van", "Louis", "Nick"]
};
var anotherPerson = object(person);
anotherPerson.friends.push("Rob");
var yetAnotherPerson = object(person);
yetAnotherPerson.friends.push("Style");
alert(person.friends); // "Van,Louis,Nick,Rob,Style"

在这个例子中，可以作为另一个对象基础的是 person 对象，于是我们把它传入到 object() 函数中，然后该函数就会返回一个新对象。这个新对象将 person 作为原型,因此它的原型中就包含引用类型值属性。这意味着 person.friends 不仅属于 person 所有，而且也会被 anotherPerson 以及 yetAnotherPerson共享。

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

object.create() 接收两个参数：

• 一个用作新对象原型的对象
• (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：每个属性都是通过自己的描述符定义的。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"

TIP

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，就像使用原型模式一样。

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，同样是克罗克福德推而广之。

TIP

寄生式继承的思路与(寄生)构造函数和工厂模式类似，即创建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增强对象，最后再像真的是它做了所有工作一样返回对象。如下：

function createAnother(original) {
    var clone = object(original); // 通过调用object函数创建一个新对象
    clone.sayHi = function() { // 以某种方式来增强这个对象
        alert("hi");
    };
    return clone; // 返回这个对象
}

TIP

这个例子中的代码基于 person 返回了一个新对象 anotherPerson。新对象不仅具有 person 的所有属性和方法，而且还被增强了，拥有了 sayH() 方法。

注意: 使用寄生式继承来为对象添加函数，会由于不能做到函数复用而降低效率；这一点与构造函数模式类似。

寄生组合式继承

前面讲过，组合继承是 JavaScript 最常用的继承模式；不过，它也有自己的不足。组合继承最大的问题就是无论什么情况下，都会调用两次父类构造函数：一次是在创建子类型原型的时候，另一次是在子类型构造函数内部。寄生组合式继承就是为了降低调用父类构造函数的开销而出现的。

function extend(subClass, superClass) {
    var prototype = object(superClass.prototype); // 创建对象
    prototype.constructor = subClass; // 增强对象
    subClass.prototype = prototype; // 指定对象
}

extend的高效率体现在它没有调用superClass构造函数，因此避免了在subClass.prototype上面创建不必要,多余的属性。于此同时，原型链还能保持不变；因此还能正常使用 instanceof 和 isPrototypeOf() 方法。

以上，寄生组合式继承，集寄生式继承和组合继承的优点于一身，是实现基于类型继承的最有效方法。

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下面我们来看下extend的另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什么要 new F()，既然extend的目的是将子类型的 prototype 指向超类型的 prototype，为什么不直接做如下操作呢？

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

显然，基于如上操作，子类型原型将与超类型原型共用，根本就没有继承关系。

new 运算符

为了追本溯源，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，我们创建了一个空对象obj；

第二行，我们将这个空对象的proto成员指向了F函数对象prototype成员对象；

第三行，我们将F函数对象的this指针替换成obj，然后再调用F函数。

我们可以这么理解：以 new 操作符调用构造函数的时候，函数内部实际上发生以下变化：

1. 创建一个空对象，并且 this 变量引用该对象，同时还继承了该函数的原型。

2. 属性和方法被加入到 this 引用的对象中。

3. 新创建的对象由 this 所引用，并且最后隐式的返回 this。

proto 属性是指定原型的关键

以上，通过设置 __proto__ 属性继承了父类，如果去掉 new 操作，直接参考如下写法：

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

那么，使用 instanceof 方法判断对象是否是构造器的实例时，将会出现紊乱。

假如参考如上写法，那么 extend 代码应该为：

function extend(subClass, superClass) {
  subClass.prototype = superClass.prototype;

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

此时，请看如下测试：

function a() {}
function b() {}
extend(b, a);
var c = new a() {};
console.log(c instanceof a); // true
console.log(c instanceof b); // true

c 被认为是 a 的实例可以理解，也是对的；但 c 却被认为也是 b 的实例，这就不对了。究其原因，instanceof 操作符比较的应该是 c.__proto__ 与构造器。prototype(即 b.prototype 或 a.prototype) 这两者是否相等，又extend(b,a)；则 b.prototype === a.prototype，故这才打印出上述不合理的输出。

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那么最终，原型链继承可以这么实现，例如：

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;
}
extend(Son, Father) // 继承父类方法,此处并不会第二次调用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

扩展:

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，但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。因为 hasOwnProperty 是 JavaScript 中唯一一个处理属性但是不查找原型链的函数，如：

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

对比：isPrototypeOf 则是用来判断该方法所属的对象是不是参数的原型对象，是则返回 true，否则返回 false。如：

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

instanceof && typeof

上面提到几次提到 instanceof 运算符。那么到底它是怎么玩的呢？下面让我们来趴一趴它的使用场景。

instanceof 运算符是用来在运行时指出对象是否是构造器的一个实例,例如漏写了 new 运算符去调用某个构造器，此时构造器内部可以通过 instanceof 来判断。(java中功能类似)

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

以上，this instanceof arguments.callee 的值如果为 true 表示是作为构造函数被调用的，如果为 false 则表示是作为普通函数被调用的。

对比：typeof 则用以获取一个变量或者表达式的类型，一般只能返回如下几个结果：

number,boolean,string,function（函数）,object（NULL,数组，对象）,undefined。

new运算符

此处引用 艾伦的 JS 对象机制深剖——new 运算符

接着上述对new运算符的研究，我们来考察 ECMAScript 语言规范中 new 运算符的定义：

The new Operator

The production NewExpression : new NewExpression is evaluated as follows:Evaluate NewExpression.Call GetValue(Result(1)).If Type(Result(2)) is not Object, throw a TypeError exception.If Result(2) does not implement the internal [[Construc]] method, throw a TypeError exception.Call the [[Construct]] method on Result(2), providing no arguments (that is, an empty list of arguments).Return Result(5).

其大意是，new 后必须跟一个对象并且此对象必须有一个名为 [[Construct]] 的内部方法（其实这种对象就是构造器），否则会抛出异常

根据这些内容，我们完全可以构造一个伪 [[Construct]] 方法来模拟此流程：

function MyObject(age) {
    this.age = age;
}

MyObject.construct = function() {
    var o = {}, Constructor = MyObject;
    o.__proto__ = Constructor.prototype;
    // FF 支持用户引用内部属性 [[Prototype]]
    Constructor.apply(o, arguments);
    return o;
};

var obj1 = new MyObject(10);
var obj2 = MyObject.construct(10);
alert(obj2 instanceof MyObject); // true

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参考：

• 《JavaScript高级程序设计》

• JavaScript的实例化与继承：请停止使用new关键字

• 深入理解JavaScript系列(5)：强大的原型和原型链

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