JavaScript：原型(prototype) - Journing

面向对象有一个特征是继承，即重用某个已有类的代码，在其基础上建立新的类，而无需重新编写对应的属性和方法，继承之后拿来即用；

在其他的面向对象编程语言比如Java中，通常是指，子类继承父类的属性和方法；

我们现在来看看，JS是如何实现继承这一个特征的；

要说明这个，我们首先要看看，每个对象都有的一个隐藏属性[[Prototype]]；

对象的隐藏属性[[Prototype]]

在JS中，每个对象obj，都有这样一个隐藏属性[[Prototype]]，它的值要么是null，要么是对另一个对象anotherObj的引用（不可以赋值为其他类型值），这另一个对象anotherObj，就叫做对象obj的原型；

通常说一个对象的原型，就是在说这个隐藏属性[[Prototype]]，也是在说它引用的那个对象，毕竟二者一致；

现在来创建一个非常简单的字面量对象，来查看一下这个属性：

可以看到，对象obj没有自己的属性和方法，但是它还有一个隐藏属性[[Prototype]]，数据类型是Object，说明它指向了一个对象（即原型），这个原型对象里面，有很多方法和一个属性；

其他的暂且不论，我们先重点看一下，红框的constructor()方法和__proto__属性；

访问器属性(__proto__)

访问[[Prototype]]

从红框可以看到，属性__proto__是一个访问器属性，有getter/setter特性（这个属性名前后各两个下划线）；

问题是，它是用来访问哪个属性的？

我们来调用一下看看：

可以看到，__proto__访问器属性，访问的正是隐藏属性[[Prototype]]，或者说，它指向的正是原型对象；

值得一提的是，这是一个老式的访问原型对象的方法，现代编程语言建议使用Object.getPrototypeOf/setPrototypeOf来访问原型对象；

但是考虑兼容性，使用__proto__也是可以的；

请注意，__proto__不能代表[[Prototype]]本身，它只是其一个访问器属性；

设置[[Prototype]]

正因为它是访问器属性，也即具有getter和setter功能，我们现在可以控制对象的原型对象的指向了（并不建议这样做）：

如上图，现在将其赋值为null，好了，现在obj对象没有原型了；

如上图，创建了两个对象，并且让obj1没有了原型，让obj2的原型是obj1；

看看，此时obj2.name读取到obj1的属性name了，首先obj2在自身属性里找name没有找到，于是去原型上去找，于是找到了obj1的name属性了，换句话说，obj2继承了obj1的属性了；

这就是JS实现继承的方式，通过原型这种机制；

让我们看看下面的代码：

正常的obj2.name = 'Jerry'的添加属性的语句，会成为obj2对象自己的属性，而不会去覆盖原型的同名属性，这是再正常不过了，继承得来的东西。只能读取，不能修改（访问器属性__proto__除外）；

现在的问题是，为什么obj2.__proto__是undefined？上面不是刚刚赋值为obj1了吗?

原因就在于__proto__是访问器属性，我们读取它实际上是在调用对应的getter/setter方法，而现在obj2的原型（即obj1）并没有对应的getter/setter方法，自然是undefined了；

现在综合一下，看下面代码：

为什么最后obj2.__proto__输出的是hello world，为什么__proto__成了obj2自己的属性了？

关键就在于红框的三句代码：

第一句let obj2 = {}，此时obj2有原型，有访问器属性__proto__，一切正常；

第二句obj2.__proto__ = obj1，这句调用__proto__的setter方法，将[[Prototype]]的引用指向了obj1；

这一句完成以后，obj2因为obj1这个原型而没有访问器属性__proto__了；

所以第三句obj2.__proto__ = 'hello world'的__proto__已经不再是访问器属性了，而是一个普通的属性名了，所以这句就是一个普通的添加属性的语句了；

构造器(constructor)

在隐藏属性[[Prottotype]]那里，看到其有一个constructor()方法，顾名思义，这就是构造器了；

类对象与函数对象

在其他编程语言比如Java中，构造方法通常是和类名同名的函数，里面定义了对象的一些初始化代码；

当需要一个对象时，就通过new关键字去调用构造方法创建一个对象；

那在JS中，当我们let obj = {}去创建一个字面量对象的时候，发生了什么？

上面这句代码，其实就是let obj = new Object()的简写，也是通过new关键字去调用一个和类名同名的构造方法去创建一个对象，在这里就是构造方法Object()；

这种通过new className()调用构造方法创造的对象，称为类对象；

但是，再等一下，JS早期是没有类的概念的，那个时候大家又是怎么去创建对象的呢？

想一下，创建对象是不是需要一个构造方法（即一个函数），本质上是不是new Function()的形式去创建对象？

对咯，早期就是new Function()去创建对象的，这个Function就叫做构造函数；

这种通过new Function()调用构造函数创造的对象，称为函数对象；

构造函数和普通函数又有什么区别呢？除了要求是用function关键字声明的函数，并且命名建议大驼峰以外，几乎是没有区别的：

看，我们声明了一个构造函数Cat()，并通过new Cat()创造了一个对象tom；

打印tom发现，它有一个原型，这个原型和字面量对象的原型不一样，它有一个方法一个属性；

方法是constructor()构造器，指向的正是Cat()函数；

属性是另一个隐藏属性[[Prototype]]，暂时不去探究它是谁；

也就是说，函数对象的原型，是由另一个原型和constructor()方法组成的对象；

我们可以用代码来验证一下，类对象和函数对象的原型的异同点：

如上所示，创建了一个函数对象tom和一个类对象obj；

可以看出：

函数对象的原型的方法constructor()指向构造函数本身；

函数对象的原型的隐藏属性[[Prototype]]和字面量对象（Object对象）的隐藏属性，他们两的引用相同，指向的是同一个对象，暂时不去探究这个对象是什么，就认为它是字面量对象的原型即可；

还可以看到，无论是类对象，还是函数对象，其原型都有constructor()构造器；

这个构造器在创建对象的过程中，具体起了什么样的作用呢？

让我们先看看函数对象tom的这个原型是怎么来的？我们之前一直都是在说对象有一个隐藏属性[[Prototype]]指向原型对象，究竟是哪一步，让这个隐藏属性指向了原型对象呢？

函数的普通属性prototype

事实上，每个函数都有一个属性prototype，默认情况下，这个属性prototype是一个对象，其中只含有一个方法constructor，而这个constructor指向函数本身（还有一个隐藏属性[[Prototype]]，指向字面量对象的原型）；

可以用代码佐证，如下所示：

注意，prototype要么是一个对象类型，要么是null，不可以是其他类型，这听起来很像隐藏属性[[Prototype]]，不过prototype只是函数的一个普通属性，对象是没有这个属性的；

来看下这个属性的特性吧：

可以看到，它不是一个访问器属性，只是一个普通属性，但是它不可配置不可枚举，只能修改值；

它的value值，眼熟吗？正是构造函数创建的函数对象的原型啊；

它居然还有一个特性[[Prototype]]，不要把它和value值里面的属性[[Prototype]]弄混，前者是prototype属性的特性，后者是prototype属性的一个隐藏属性，虽然此刻他们都指向字面量对象的原型，但是前者始终指向字面量对象的原型，后者则始终指向原型（而原型是会变的）；

这里也不再去追究为什么它会有这样一个特性了，让我们把重点放在prototype属性本身；

new Function()的时候发生了什么

事实上，只有在调用new Function()作为构造函数的时候，才会使用到这个prototype属性；

我们来仔细分析一下上面代码具体发生了什么：

let tom = new Cat()这句代码的执行流程如下：

• 先调用Cat.prototype属性的特性[[Prototype]]（我们知道它指向字面量对象的原型）里面的constructor()构造器，创建一个字面量空对象，当然此时这个对象的隐藏属性[[Prototype]]也都已经存在了，将这个对象分配给this指针；
• 然后返回this指针给tom，即tom引用了这个字面量空对象，同时this指向了tom；
• 然后执行构造函数Cat()本身的语句，即this.name = "Tom"，于是tom就有了一个属性name；
• 然后将Cat.prototype属性值value，复制（注意，这里是复制，不是赋值，这意味着这里不是传引用，而是传值）给tom的隐藏属性[[Prototype]]，即tom.__proto__ = Cat.prototype；

如果我们用代码去描述上面整个过程，就类似于下面这样：

// let tom = new Cat()的整个具体流程，类似于下面这样let tom = {}; //创建字面量对象，并赋值给变量tomtom.name = "Tom"; // 执行Cat()函数tom.__proto__ = Cat.prototype; // 将Cat的prototype的属性值赋值给tom的隐藏属性[[Prototype]]

现在已经说清楚了new Function()发生的具体过程，上面代码的输出结果也佐证了我们所说的：

函数对象tom的原型正是Cat函数的属性prototype的值value，可以看到他们的constructor()构造器都指向Cat函数本身，并且tom.name的值Tom；

然后我们修改了Cat函数的prototype的值value，Cat.prototype = Dog.prototype语句将其设置成了Dog函数的prototype的值value；

让我们顺着刚刚说的流程，看看let newTom = new Cat()的执行过程：

• 先创建字面量空对象；
• 然后赋值给newTom；
• 然后调用Cat()函数本身，即newTom.name = "Tom"；
• 然后执行语句newTom.__proto__ = Cat.prototype，而Cat.prototype = Dog.prototype，所以newTom.__proto__ = Dog.prototype；

输出结果佐证了我们的执行过程，函数newTom的原型正是Dog函数的属性prototype的值value，他们的constructor()构造器都指向了Dog函数本身，但是newTom.name的值依然是"Tom"；

从上面前后两个输出结果也可以看出来，最后一步的tom.__proto__ = Cat.prototype确实是复制而不是赋值，否则在Cat.prototype = Dog.prototype语句之后，tom.__proto__ = Cat.prototype = Dog.prototype了，但是输出结果表面并没有改变；

现在我们已经明白了函数对象的原型为什么是这个样子的，也明白了函数对象的constructor()构造器指向了构造函数本身；

现在让我们像下面这样，使用一下函数对象的constructor()构造器吧：

看上面的代码，我们现在已经知道let tom = new Cat()的时候都发生了什么，也知道此时tom的原型的constructor()构造器指向的是Dog函数；

所以let spike = new tom.constructor()这句代码，当tom去自己的属性里没有找到constructor()方法的时候，就去原型里面去找，于是找到了指向Dog函数的constructor()构造器，所以这句代码就等于let spike = new Dog()；

通过这段代码，好好体会一下函数对象的构造器吧。

构造函数和普通函数的区别

其实从技术上来讲，构造函数和普通函数没有区别；

只是默认构造函数采用大驼峰命名法，并通过new操作符去创建一个函数对象；

• new.target

  我们怎样去判断一个函数的调用是普通调用，还是new操作符调用的呢？

  

  如上所示，通过new.target，可以判断该函数是被普通调用的还是通过new关键字调用的；

• 构造函数的返回值

  构造函数从技术上说，就是一个普通函数，所以当然也可能有return返回值（通常构造函数于情于理都是不会有return语句的）；

  

  之前说过new Function()的时候的具体流程，我们来看一下：

  • 先创建一个字面量空对象；

  • 将空对象赋值给tom；

  • 执行Cat()函数，让tom有了属性name；

    但是Cat()函数有return语句，返回了一个空对象{}，由tom接收了，也就是说tom被覆盖赋值了；

  • 所以最后tom指向的是return语句的空对象，而不是最开始创建的空对象；

字面量对象的原型

new Object()的时候发生了什么

我们刚刚说了new Function()创建函数对象的时候，具体发生了什么，现在来看看创建类对象的时候，具体发生了什么；

以Object为例，因为它是一个类，是JS其他所有类的祖先，这一点与Java类似；

我们先看一下Object的prototype属性吧，是的，类和函数一样，也有这个属性（注意，是类有这个属性，而不是类的实例即对象有这个属性）；

看上图，是不是很眼熟，这不就是字面量对象的原型吗？

是的，如上图所示，就是它；

还记得原型链吧，那么这个原型对象还有原型吗？

如上所示，没有了，指向null了，看样子我们已经走到了原型链的原点了，为了方便，我们就称呼Object.prototype为原始原型吧；

看看它的特性吧：

和函数的prototype属性的特性，如出一辙，但是注意，它的writable属性是false了，这意味着我们再也无法对这个属性做任何操作了；

这是当然，它可是所有类的祖先，怎么能随意更改呢；

这下我们就能明白new ClassName()的时候大概流程是什么样子了；

以let obj = {}为例（其实就是let obj = new Object()）：

• 先调用Objecet.prototype属性的特性[[Prototype]]里面的constructor()构造器（不再继续深究这个构造器了），创建一个字面量空对象，当然此时这个对象的隐藏属性[[Prototype]]也都已经存在了；
• 然后将这个对象赋值给obj，即obj引用了这对象，同时this指针也就指向了obj；
• 然后执行构造方法Object()本身的语句，就不再进一步去研究这个构造方法了，总之此时obj已经是一个有着很多内置方法的字面量对象了；
• 然后将Object.prototype属性值value，复制给obj的隐藏属性[[Prototype]]，即obj.__proto__ = Object.prototype；

注意，其实流程不完全是上面这样子，与构造函数的流程还有一点点区别，主要是第三步，还有一个构造器的执行，这和类的继承有关系，详细的在后面new className()的时候发生了什么里面具体说明；

更改原始原型

我们刚刚说了，Object.prototype属性的所有特性都是false，意味着我们对这个属性无法再做任何操作了；

这只是再说，我们不能对其本身做任何删改的操作了，但是它本身依然是一个对象，这意味着我们可以正常的向其添加属性和方法；

如上图所示，我们向Object.prototype属性对象里添加了hello()方法，并且由obj对象通过原型调用了这个方法；

类对象的原型

我们已经了解了函数对象的原型，和原始原型，再来看看类对象的原型；

我们把这三种放一起做个比较吧：

我们自定义了类classA，自定义了函数functionA，并创建了类对象clsA和函数对象funcA，以及字面量对象；

可以看出，类对象与函数对象的原型的形式，是一致的，只是各自原型里的constructor()指向各自的类/函数，即红框部分不同；

而他们的原型的原型则是一致的，和字面量对象的原型一样，都指向了原始原型，即绿框部分相同；

上面的输出结果佐证了这一点；

从这也可以看出来，其他类都是继承自原始类Object的，只是原型链的长短罢了，最终都可以溯源到原始类Object；

很显然，类与构造函数，很类似；

类与构造函数的区别

尽管类对象和函数对象有相似的原型，但是不代表类与构造函数就完全一样了，他们之间的区别还是很大的：

• 类型不同，定义形式不同

  

  类名后不需要括号，构造函数名后需要加括号；

  类的方法声明形式和构造函数的方法不一样；

  打印类和构造函数，类前的类型是class，构造函数前的类型是f，即function；

  注意，不能使用typeof操作符，它会认为类和构造函数都是function

• prototype不一样

  

  如上所示，类的方法，会成为prototype的方法，但是构造函数的方法不会成为prototype的方法；

  也即构造函数的prototype始终由constructor()和原始原型组成，函数对象无法通过原型去调用在构造函数里定义的方法；

  函数对象如果想要调用method1()方法，就不能写成let method1 = function(){}，而是this.method1 = function(){}，将其变为函数对象自己的方法；

• prototype的特性不一样

  

  类的prototype是不可写的，但是构造函数的prototype是可写的；

• 方法的特性不一样

  

  由于函数对象不能通过原型继承方法，这里只展示类的方法的特性，如上所示，类的方法，是不可枚举的，也即不会被for-in语法遍历到；

• 由于类是后来才有的概念，所以类总是使用严格模式，即不需要显示使用use strict，类总是在严格模式下执行；

  而构造函数则不同，默认是普通模式，需要显示使用use strict才会在严格模式下执行；

• [[IsClassConstructor]]

  类有隐藏属性[[IsClassConstructor]]，其值为true；

  这要求必须使用new关键字去调用它，像普通函数一样调用会出错：

  

  但是很显然，构造函数本身就是一个函数，是可以像普通函数一样去调用的；

• 构造器constructor

  由于函数对象不能通过原型继承方法，所以无法自定义构造器；

  但是类对象可以继承啊，所以可以自定义构造器并在new的时候调用；

  

  从图上可以看出，我们是无法去自定义构造函数的构造器的，它依然还是按照我们所说的流程去创建函数对象的；

  我们现在看看，类自定义构造器，是怎么按照我们的流程去创建类对象的：

  • 先调用classA.prototype的特性[[Prototype]]里的构造器去创建一个字面量空对象；

  • 将空对象赋值给变量clsA；

  • 然后执行构造方法classA()本身的语句；

    首先添加了属性outterName；

    然后又遇到了constructor()方法（注意该构造器与classA.prototype.constructor不是同一个东西），于是又执行了这个构造器的语句，添加了属性innerName；

  由此我们可以得出，类在创建类对象的时候，流程依然是我们所述的流程；

  但是在遇到类里面的同名方法constructor()时候，不会将其作为原型方法，而是会立即运行该构造器；

  另外，像outterName这样的属性，不会成为prototype的属性，也就是说，类只有定义的方法（除了constructor构造器）会进入prototype的属性，成为原型被继承；

new className()的时候发生了什么

上面刚刚描述了类自定义构造器之后，创建对象是一个什么样的流程；

现在来仔细理解一下类的构造器，事实上，如果我们不显式自定义构造器，类也会默认提供一个下面这样的构造器：

constructor() { super();}

这里的super()实际上就是在调用其父类的构造方法（注意不是指父类的构造器constructor()，而是指父类自身）；

用代码来验证一下吧：

我们先来看一下let c = new classC()的时候，具体流程是什么样的吧：

• 首先调用classC.prototype属性的特性[[Prototype]]（它总是指向原始原型），创建一个字面量空对象；
• 然后将其赋值给变量c；
• 然后执行构造方法classC()的语句，通常会有添加对象的属性和方法的语句，这里没有；
• 接着查看是否显式声明了constructor()构造器（如果没有就提供一个默认的构造器），这里有，于是立即执行这个构造器；
  • 首先是super()，实际上就是执行构造函数classA()的语句，于是添加了属性nameA；
  • 然后是this.nameB = 'C'，于是添加了属性nameC；
• 最后，将classC.prototype的value值，复制给c的隐藏属性[[Prototype]]，即c.__proto__ = classC.prototype；

整个完整流程如上所示；

现在来试着对着流程看看let b = new classB()吧：

• 首先创建字面量空对象；
• 赋值给变量b；
• 执行classB()的语句，添加了属性nameB；
• 没有构造器，提供默认的构造器，执行super()即执行classA()的语句，于是添加了属性nameA；
• 最后，复制b的原型为classB.prototype的value值；

输出结果也验证了我们所说的；

操作原型的现代方法

之前已经说过，通过__proto__属性去操作原型的方法，是历史的过时的方法，实际上并不推荐；

现代JS有以下方法，供我们去操作原型：

• Object.getPrototypeOf(obj)

  此方法，返回对象obj的隐藏属性[[Prototype]]；

• Object.setPrototypeOf(obj, proto)

  此方法，将对象obj的隐藏属性[[Prototype]]指向新的对象proto；

• Object.create(proto, descriptors)

  此方法，创建一个空对象，并将其隐藏属性[[Prototype]]指向proto；

  同时，可选参数descriptors可以给空对象添加属性，如下所示：

  

原型链与继承

现在应该已经理解了原型是一个什么样的概念，以及如何去访问原型；

正如继承有儿子继承父亲，父亲继承爷爷一样，有这样一个往上溯源的关系，原型也可以这样往上溯源，这就是原型链的概念；

用代码去理解一下吧：

我们定义了三个对象A/B/C，并且设置C的原型是B，B的原型是A；

读取C.nameA的时候，首先在C自己的属性里去找，没有找到；

于是去原型B的属性里去找，没有找到；

再去B的原型A的属性里去找，找到并输出；

可以看C展开的一层层结构，可以很清晰的看到原型链的存在；

由此也可以看出，JS是单继承的，同Java一致；

但是正常的继承，肯定不是这样手动去设置对象的原型的，而是自动去设置的；

在JS中，继承的关键字也是extends，也是描述类的父子关系的；

上面代码，classC继承classB，而classB继承classA；

所以classC的对象，继承了他们的属性，便有了三个属性nameA/nameB/nameC，这也说明，属性是不放在原型里的，而是会在创建对象的时候，直接成为classC的属性；

classC的原型，有一个属性一个方法，方法是constructor()构造器指向自己，属性是另一个原型；

注意，打印出来的原型后面标注的classX，原型指的是对象，不是类，所以classC的原型不是指classB这个类本身，而是指其来源于classB；

紫色框：对象c的原型，即c.__proto__ == classC.prototype；

橘色框：classB.prototype，即对象c的原型的原型c.__proto__.__proto__ == classB.prototype；

绿色框：classA.prototype，即对象c的原型的原型的原型c.__proto__.__proto__.__proto__ == classA.prototype；

红色框：Object.prototype，也即原始原型c.__proto__.__proto__.__proto__.__proto__ == Object.prototype；

这是一条完整的原型链，从中也能看出继承是什么样的一个形式；