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如何理解JavaScript的原型和原型鏈?

張吉惟2年前12瀏覽0評論

JavaScript中的原型和原型鏈都是實現OOP的手段,OOP在JavaScript中的具體實現如下:


對象(Object)就是屬性(Property)的集合,特別的,稱值(Value)為函數(Function)的屬性為方法(Method)。將相似對象的共有屬性提取出來聚集在一起就形成了類(Class),這些對象稱為該類的實例(Instance)。同樣,將相似類的共有屬性提取出來聚集在一起也形成新的類,這個類是前面那些類的超類(SuperClass),前面那些類是這個類的子類(SubClass)。多個超類還可以作為子類聚集出一個新的超類,這個過程會一持續下去,直到出現名為Object的類,它的超類為空(Null)。

類除了是共有屬性的聚集外,還擔負對象工廠(ObjectFactory)的職責。一個類的實例對象由類的構造函數(Constructor)負責創建。構造函數負責兩件事:

  • 創建對象;

  • 初始化該對象;

因為前者的實現已經由Object.create方法提供,所以構造函數真正需要完成的就是初始化對象,這里又分為兩件事情:

  • 讓對象具有類所聚集的共有屬性;

  • 根據參數,對某些對象的屬性進行特化;

對于第二件事情,沒什么說的,就是將特化的屬性添加到待初始化的對象中去。對于第一件事,也可以仿照后者的實現方法,但是這不是一個明智的選擇,因為這些共有屬性的值在大多數情況下是不會發生改變的。JavaScript選擇的方法是:

  • 以這些共有屬性為屬性并賦予默認屬性值,創建一個原型(Prototype)對象;

  • 初始化時,將原型對象賦予待初始化對象的特殊屬性:__proto__;

也就是說,一個類對應一個原型對象,在初始化時,用__proto___將實例對象和原型對象連接起來。

特殊屬性__proto__不僅負責連接實例和原型,還負責連接子類和超類的原型對象,以實現類之間的繼承關系。這樣以來,一個對象的類原型,超類原型,超類的超類原型,...就由__proto__連接成一個“鏈”,稱為該對象的原型鏈。允許,一個對象的__proto__屬性為null,這表明該對象沒有原型鏈,Object類的原型Object.prototype就是這樣的。

為了讓原型初始化實例的方法真正得以實現,必須在對象的屬性訪問上進行配合:

  • 讀取屬性值:先在對象中查找該屬性,如果存在則返回其值,否則,在原型對象中查找,如果存在則返回其值,否則,在原型對象的原型對象中查找,...,直到原型鏈為null,表示該屬性未定義,返回undefined;

  • 給屬性賦值:在對象中查找該屬性,如果存在則對其賦值,如果不存在則在對象中創建該屬性然后對其賦值;

  • 刪除屬性:如果該屬性在對象中存在則刪除它,否則什么都不做。

這套訪問機制保證了:對象屬性可以覆蓋(去覆蓋)原型屬性,但是不會改變原型屬性,這就是OOP的多態性。

構造函數在創建對象時需要用到原型對象,它是通過prototype屬性知道其對應類的原型對象的。另外,為讓實例對象知道是誰創建了它,它的constructor屬性會“抓著”構造函數。類的原型對象也被認為是該類的構造函數構創建的。

接下來我們看一下實現OOP的具體代碼:

首先,不考慮繼承關系,聲明一個類的范例代碼如下:

注:特殊屬性__proto__是undocumented應該避免直接使用,正式的做法是調用Object.create方法,它的參數就是所要創建對象的原型對象。注:遵照OOP語言的傳統,構造函數的名字就是類的名字。

當一個函數被調用時,如果this上下文(Context)綁定的是一個普通對象(而非null或全局對象window),則這個函數就是作為該對象的方法被調用。

當我們用new表達式創建對象時,構造函數就是以方法的方式被new調用:

上面范例代碼中構造函數開始和結束部分所作的事情,new表達式,就替我們干了:

new會創建一個空白對象,讓其,原型鏈綁定構造函數的prototype屬性,讓其,constructor屬性綁定構造函數;然后以該對象為this上下文調用構造函數,如果構造函數沒有返回值,則以空白對象作為創建的對象。寫成代碼就是:

被new調用的構造函數,已經轉變為構造方法,但為了讓其還保留構造函數的能力,一般這樣實現:

接下來,考慮類的繼承。

一個實例對象的初始化過程是:先被超類的構造函數初始化,之后才被子類的構造函數初始化,這樣才能達到子類覆蓋超類的要求?;诖耍独a如下:

寫到這里,我們發現又是一堆不得不寫的規范代碼。于是早期很多前端框架,都紛紛的提供了以上代碼的封裝方案,旦各自為政,沒有統一的解決方法,直到ES6直接提供了class語法,整個事情才算告一段落:

注:JavaScript中的屬性分為存儲屬性和訪問屬性(分別對應傳統OOP語言中的字段(Field)和屬性),class中只能聲明原型中方法和訪問屬性,而在原型中聲明存儲屬性還得是老辦法。

class表達式只是語法層面的封裝,最終依然是基于原型和原型鏈這套實現。


雖然我們現在已經不需要按照那套復雜的規范聲明類了,但是了解原型和原型鏈對應深入理解JavaScript的OOP機制依然十分重要。

最后,給出JavaScript內建對象之間的原型鏈關系圖(粗箭頭是__proto__屬性,細箭頭是prototype屬性,虛箭頭是constructor屬性):

(Value:Number,String,Boolean;Symbol,Container:Array,Set,Map)