深入原型链与继承(详解JS继承原理)

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摘要

让我们回顾一下,this 指向里提到的new关键字执行过程。手写new关键字的执行过程:

原型链与继承


new 关键字的执行过程

让我们回顾一下,this 指向里提到的new关键字执行过程。

  1. 创建一个新的空对象
  2. 将构造函数的原型赋给新创建对象(实例)的隐式原型
  3. 利用显式绑定将构造函数的 this 绑定到新创建对象并为其添加属性
  4. 返回这个对象

手写new关键字的执行过程:

function myNew(fn, ...args) { // 构造函数作为参数     let obj = {}     obj.__proto__ = fn.prototype     fn.apply(obj, args)     return obj } 

这里提到了__proto__ prototype:前者被称为隐式原型,后者被称为显式原型


构造函数、实例对象和原型对象

三者的概念

构造函数:用于生成实例对象。构造函数可分为两类:

  • 自定义构造函数:function foo () {}
  • 原生构造函数:function Function () {}function Object () {}

原型对象:每个构造函数都有自己的原型对象,可通过prototype访问。

实例对象:可由构造函数通过new关键字生成的对象。

三者的关系

深入原型链与继承(详解JS继承原理)

构造函数可以通过prototype访问其原型对象,而原型对象可通过constructor访问其构造函数。构造函数可通过new关键字创建实例对象,实例对象可通过__proto__ 访问其原型对象。

我们来看一段代码的输出结果:

function Foo(name, age) {     this.name = name     this.age = age } let a = new Foo('小明', 22) console.log('构造函数:', Foo) console.log('原型对象', Foo.prototype) console.log('实例对象', a) // 可以输出一下,看看它们都是什么样子 
深入原型链与继承(详解JS继承原理)

可以看出实例对象内部的第一个[[Prototype]]的展开内容等于原型对象的展开内容,可构建一个等式如下:

// 实例对象可通过 __proto__ 访问其原型对象 a.__proto__ === Foo.prototype // true // 原型对象可通过 constructor 访问其构造函数 Foo.prototype.constructor === Foo // true 

原型链的概念及图解

来看一张关于原型链的经典图:

深入原型链与继承(详解JS继承原理)

上面这张图的箭头乍一看能让人头疼,我们对图中的元素进行分类并划分层次,可有以下三层:

第一层__proto__指向:实例对象

  1. 通过构造函数生成的实例对象
// 生成实例对象 function Foo() {} let obj1 = new Foo()  // __proto__指向验证 obj1.__proto__ === Foo.prototype // true 
  1. 通过new Object()对象字面量生成的实例对象
// 生成实例对象 let obj2 = new Object()  // __proto__指向验证 obj2.__proto__ === Object.prototype // true 
  1. 通过functionclass声明生成的实例对象
// 生成实例对象 function Foo(){} // 原生构造函数 // function Function(){} // function Object(){}  // __proto__指向验证 Foo.__proto__ === Function.prototype // true Function.__proto__ === Function.prototype // true Object.__proto__ === Function.prototype // true 

说明:其实我们自己定义的函数也是由Function构造函数生成的实例对象。

第二层__proto__指向:Function.prototypeFoo.prototype

Foo.prototype.__proto__ === Object.prototype // true  Function.prototype.__proto__ === Object.prototype // true 

第三层__proto__指向:Object.prototype

Object.prototype.__proto__ === null // true 

我们自己再画一张图看一下:

深入原型链与继承(详解JS继承原理)

自底向上有三层的__proto__构成基本的JavaScript原型模式生态,最后再总结一下规则:

  1. 实例对象都会指向其构造函数原型
  2. 构造函数原型都会指向Object.prototype
  3. Object.prototype最终指向null

总结:其实我们的原型链指的就是__proto__的路径。

注意:这里只是为了原型链能更加直观,请不要忘了构造函数原型的constructor属性,它会指回对应的构造函数。


原型链继承

我们利用任务驱动型的方法去学习继承方式,考虑这样一个类结构:

  1. 普通用户:作为父类
  2. VIP 用户:作为子类

说明:VIP用户需要继承普通用户。其中,VIP用户的武器列表可以添加屠龙宝刀。

原型链搜索机制:若要访问当前对象所没有的属性和方法,则会首先以当前对象为起点沿着原型链__proto__向上寻找每个对象内部的属性和方法。直到找到对应的属性和方法,没有则会直接走到原型链尽头null

来看这样一段代码:

function USER(username, password) {     this.username = username     this.password = password     this.weapon = ['水果小刀'] }  VIP.prototype = new USER() // 为什么要放到中间? // 注意:改写原型,要记得把 constructor 指会原构造函数 VIP.prototype.constructor = VIP  function VIP() { } VIP.prototype.addWeapon = function (weaponName) {     this.weapon.push(weaponName) }  let a = new VIP('小明') // 缺陷1:无法给父类构造函数传参,只能在 VIP 中自行添加相应参数。无法实现父类属性重用  let b = new VIP() b.addWeapon('屠龙宝刀') console.log(b.weapon)  let c = new VIP() console.log(c.weapon) // 缺陷2: 我们想要单独给实例 b 的武器列表添加一把屠龙宝刀,结果是实例 c 的武器列表也会增加屠龙宝刀 

原型链__proto__实现继承会经过的对象(从子类实例到父类原型):

  1. 子类构造函数实例 :new VIP()

  2. 父类构造函数实例new USER()

  3. 父类构造函数原型 :USER.prototype

我们可以构建两个表达式去验证:

new VIP().__proto__ === new USER() // true new USER().__proto__ === USER.prototype // true 

再进一步提炼以上两个表达式,可获得最终表达式。以下为实现继承关键的完整原型链:

// VIP 构造函数所生成的实例会经过两层__proto__找到父类原型 new VIP().__proto__.__proto__ === USER.prototype // 接下来,由 VIP 构造函数生成的实例所没有的属性和方法,都会去父类原型找到属性和方法。 

原型链继承缺点:

  1. 父类原型中若存在的引用值则会在所有实例间共享。
  2. 子类构造函数在实例化时不能给父类构造函数传参,即我们的父类属性无法重用。

为什么 VIP.prototype = new USER() 这一步要放到两个构造函数中间?

如果这一步表达式放到后面,我们的VIP.prototype是其原本构造函数 VIP 的原型。在这个原本的构造函数原型上添加方法,不会有继承效果。

我们的想法是通过父类构造函数生成实例,利用它实例的__proto__去实现继承效果。要想在子类构造函数添加方法,我们实际做了这样的操作。如下:

// new USER()就是我们父类构造函数生成的实例 new USER().addWeapon = function (weaponName) {     this.weapon.push(weaponName) } 

但是上面这样会出现问题,我们子类构造函数怎么办?他想new一个实例,还是会根据原来的原型。

因此,我们需要将new USER()传递给VIP.prototype。这样VIP构造函数生成实例才会有继承效果,如下:

VIP.prototype = new USER() // 传递__proto__实现继承  VIP.prototype.addWeapon = function (weaponName) {     this.weapon.push(weaponName) } 

盗用构造函数

来看这样一段代码:

function USER(username, password) {     this.username = username     this.password = password     this.weapon = ['水果小刀'] }  function VIP(username, password) {     USER.call(this, username, password) // 调用父类构造函数,为其属性赋值 } // 这里的 this 指向子类构造函数生成的新实例  // 1. 接下来我们可以向父类构造函数传参 let a = new VIP('小红') console.log(a.username) // 小红  // 2. 也可以解决引用值产生的问题 let b = new VIP() b.weapon.push('屠龙宝刀') console.log(b.weapon) // ['水果小刀', '屠龙宝刀']  let c = new VIP() console.log(c.weapon) // ['水果小刀'] // 这样实例 b 和 c 的武器列表的数据都是独立的 

过程解析:new VIP('小红')传入了一个“小红”参数。

第一次绑定操作new执行过程会执行一次绑定操作,将this指向实例对象。

第二次绑定操作:VIP构造函数内部的call方法再次绑定实例对象,调用父类构造函数

总结:我们通过传参实际调用了两次绑定操作,最终使得子类构造函数的新实例也能拥有父类的属性和值。

盗用构造函数缺点:

  1. 只能在构造函数内部定义方法使用,不能访问父类原型定义的方法。即我们的父类方法不能重用

组合继承( = 原型链继承 + 盗用构造函数 )

如果你已经清楚的知道上面两种继承方式的优点和缺陷,那么我们可以利用1 + 1 > 2 的方法实现组合继承。

function USER(username, password) {     this.username = username     this.password = password     this.weapon = ['水果小刀'] }  VIP.prototype = new USER() // 注意:改写原型,要记得把 constructor 指会原构造函数 VIP.prototype.constructor = VIP  function VIP(username, password) {     USER.call(this, username, password) // 调用父类构造函数,为其属性赋值 } // 这里的 this 指向子类构造函数生成的新实例 VIP.prototype.addWeapon = function (weaponName) {     this.weapon.push(weaponName) }  // 我们尝试给父类构造函数传参 let a = new VIP('小红') console.log(a.username) // 小红  // 看看添加屠龙宝刀,有没有相互影响 let b = new VIP() b.addWeapon('屠龙宝刀') console.log(b.weapon)  let c = new VIP() console.log(c.weapon) 

以上的组合继承方式输出了正确的答案,算是完美解决了原型链继承和盗用构造函数继承出现的问题。我们将以上代码放入浏览器打断点分析。如下:

很明显,我们第一次new USER()会调用父类构造函数,而后子类构造函数每一次生成新实例都会调用父类构造函数。也就是说,多了第一次会调用父类构造函数的情况。


原型继承

在 JavaScirpt 高级程序设计 8.3.4 中提到了这种方式,来看这样一段代码

function object(obj) {     function Fn() { }     Fn.prototype = obj     return new Fn() // 返回一个空函数,其内部原型改写为 obj } 

有没有熟悉的感觉,其实正是我们之前手写bind函数利用的继承方法。与ES6中的Object.create()方法效果相同。它适于在原有对象的基础上再克隆一个对象。此外,对象属性值若为原始值则可以进行改写,若为引用值则会产生引用值的特点。即多个克隆对象会共享同一个引用值,也就是说这个“克隆”操作相当于我们的浅拷贝操作。


寄生继承

function createAnother(obj) {     let clone = object(obj)     clone.sayHello = () => {         console.log('Hello World')     } } 

这种方式可以使克隆对象在原基础上增强,即添加属性和方法,

注意:原型继承和寄生继承都重点关注对象的使用,而不考虑构造函数的使用


寄生组合继承( = 组合继承 + 原型继承 + 寄生继承 )

我们可以再利用浏览器打断点试试,是不是不会发生像组合继承那样首次调用构造函数的情况。

// 寄生组合继承 function inheritPrototype(subType, superType) {     subType.prototype = Object.create(superType.prototype) // 创建对象     subType.prototype.constructor = subType // 增强对象 }  function USER(username, password) {     this.username = username     this.password = password     this.weapon = ['水果小刀'] }  // 验证表达式时,下面这一条语句要加上注释。 inheritPrototype(VIP, USER) // 调用继承函数,  // 验证表达式时,把下面这两条语句注释去掉。 // VIP.prototype = Object.create(USER.prototype) // 创建对象 // VIP.prototype.constructor = VIP // 增强对象  function VIP(username, password) {     USER.call(this, username, password) // 调用父类构造函数,为其属性赋值 } // 这里的 this 指向子类构造函数生成的新实例 VIP.prototype.addWeapon = function (weaponName) {     this.weapon.push(weaponName) }  // 我们尝试给父类构造函数传参 let a = new VIP('小红') console.log(a.username) // 小红  // 看看添加屠龙宝刀,有没有相互影响 let b = new VIP() b.addWeapon('屠龙宝刀') console.log(b.weapon)  let c = new VIP() console.log(c.weapon) 

原型链__proto__实现继承会经过的对象(从子类实例到父类原型):

  1. 子类构造函数实例 :new VIP()
  2. 空构造函数实例Object.create(USER.prototype)
  3. 父类构造函数原型 :USER.prototype

我们同样构建两个表达式去验证:

new VIP().__proto__ === Object.create(USER.prototype) // true Object.create(USER.prototype).__proto__ === USER.prototype // true 

再进一步提炼以上两个表达式,可获得最终表达式。以下为实现继承关键的完整原型链:

new VIP().__proto__.__proto__ === USER.prototype // true // 接下来,由 VIP 构造函数生成的实例所没有的属性和方法,都会去父类原型找到属性和方法。 

原型链和寄生组合的继承区别比较

原型链的继承实现:利用new USER()作为跳板实现继承。

VIP.prototype = new USER() // 传递__proto__实现继承 new VIP().__proto__ === new USER() // true new USER().__proto__ === USER.prototype // true 

寄生组合的继承实现:利用Object.create(USER.prototype)作为跳板实现继承。

VIP.prototype = Object.create(USER.prototype) // 传递__proto__实现继承 new VIP().__proto__ === Object.create(USER.prototype) // true Object.create(USER.prototype).__proto__ === USER.prototype // true 

注意:Object.create(USER.prototype)会返回一个空函数实例,这个实例的__proro__指向USER()构造函数。


class继承(ES6 语法)( ≈ 寄生组合继承 )

在 ES5 之前我们都是利用构造函数实现面向对象编程。ES6 的class作为语法糖,其实内部也是利用了构造函数实现面向对象编程。

class USER {     constructor(username, password) {         this.username = username         this.password = password         this.weapon = ['水果小刀']     } } class VIP extends USER {     constructor(username, password) {         super(username, password) // 调用父类构造函数,相当于执行 call 方法     }     addWeapon(weaponName) {         this.weapon.push(weaponName)     } }  // 我们尝试给父类构造函数传参 let a = new VIP('小红') console.log(a.username) // 小红  // 看看添加屠龙宝刀,有没有相互影响 let b = new VIP() b.addWeapon('屠龙宝刀') console.log(b.weapon)  let c = new VIP() console.log(c.weapon)  // 以上同样可运行我们的测试代码 

总结 JavaScript 继承方式:

  1. 原型链继承
  2. 盗用构造函数继承
  3. 组合继承( = 原型链继承 + 盗用构造函数 )
  4. 原型式继承
  5. 寄生继承
  6. 寄生组合继承( = 组合继承 + 原型继承 + 寄生继承 )
  7. class继承( ≈ 寄生组合继承 )

以上可以看出 JavaScript 对与继承方式的优化是一个多次迭代不断优化的过程。


参考

JavaScript高级程序设计(第4版)