JavaScript系列--浅析原型链与继承

摘要：综上所述有原型链继承，构造函数继承经典继承，组合继承，寄生继承，寄生组合继承五种方法，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。

继承是面向对象（OOP）语言中的一个最为人津津乐道的概念。许多面对对象（OOP）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。

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。

关系如下图所示：

每一个对象拥有一个原型对象，通过__proto__指针指向上一个原型，并从中继承方法和属性，同时原型对象也可能拥有原型，这样一层层的，最终指向null。这种关系成为原型链（prototype chain）。

假如有这样一个要求：instance实例通过原型链找到了Father原型中的getFatherValue方法.

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也一同被重写
Son.prototype.getSonVaule = function(){
    return this.sonProperty;
}
var instance = new Son();
console.log(instance.getFatherValue());//true

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.

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.

1、第一种是使用 instanceof 操作符。只要用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点。

console.log(instance instanceof Object);//true
console.log(instance instanceof Father);//true
console.log(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.

2、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

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

原型链并非十分完美, 它包含如下两个问题：

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, 实践中很少会多带带使用原型链。为此,下面将有一些尝试以弥补原型链的不足。

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多带带使用。

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

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。

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:

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.

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：1、一个用作新对象原型的对象；2、(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"

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.

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
}

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.

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

其背后的基本思路是: 不必为了指定子类型的原型而调用超类型的构造函数

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。

综上所述有：原型链继承，构造函数继承（经典继承），组合继承，寄生继承，寄生组合继承五种方法，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。

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.

为了追本溯源, 我顺便研究了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构造函数的prototype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.

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.

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。

console.log(instance1.hasOwnProperty("age"));//true
对比: isPrototypeOf 则是用来判断该方法实例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 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。

instanceof 可以正确的判断对象的类型，因为内部机制是通过判断对象的原型链中是不是能找到类型的 prototype。

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

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:

1、typeof 对于基本类型，除了 null 都可以显示正确的类型

2、typeof 对于对象，除了函数都会显示 object

3、对于 null 来说，虽然它是基本类型，但是会显示 object

总的来说：number，boolean，string，function（函数）,object（NULL,数组，对象）,undefined。

1、《JavaScript高级程序设计》

2、深入理解JavaScript系列（5）：强大的原型和原型链

【注：我是saucxs，也叫songEagle，松宝写代码，文章首发于sau交流学习社区（https://www.mwcxs.top），关注我们每天阅读更多精彩内容】