JavaScript的原型系统是怎样构建起来的

Posted 2020-08-14 kidney

 一、正统的类与继承

       类是对象的定义，而对象是类的实例（Instance）。类不可直接使用，要想使用就必须在内存上生成该类的副本，这个副本就是对象。

       以Java为例：

       public class Group { } // 创建一个类

       Group a = new Group(); // 实例化一个对象

       通过继承，子类可以直接从父类获得其所有的属性和方法，继承的实现机制是"复制、拷贝"。

       public class Child extends Parent { } // 创建一个子类，继承父类的方法

 

二、原型与继承　

       和正统的面向对象语言不同，javascript中不存在正统意义的"类"。原因是Brendan Eich在设计JavaScript的时候，不希望又重新设计一门面向对象的语言（因为已经有C++和Java了），并且他希望把JavaScript设计得更简单，因此他借鉴了Java的语法，用构造函数代替类，所以JavaScript中的对象是通过构造函数创建的。

       这并不奇怪，JavaScript本身就是一个借鉴多种语言，仓促交媾的产物。

       严格的讲，JavaScript中既不存在类，也不存在实例，尽管这些概念是如此的深入人心，以致于误用起来是那么顺其自然，但我们还是需要明白这一点。

       没有类，那么JavaScript怎么实现继承呢？ Brendan Eich为构造函数设置了一个prototype属性。这个属性包含一个对象（即"原型对象"），所有实例对象需要共享的属性和方法，都放在这个对象里面；不需要共享的属性和方法，就放在构造函数里面。

       与类继承的"复制、拷贝"不同，原型继承的机制是"引用、关联"。JavaScript中所有的对象都是由构造函数生成的，每个对象都共同继承构造函数的原型对象中的属性和方法。

       在对象内部有两种方式访问它继承的原型：

       1、obj.constructor.prototype

       2、obj.__proto__

       第一种方法，源于每个对象都拥有一个内置属性constructor指向其构造函数；第二种方法源于每个对象都有一个内部指针[[prototype]]，直接指向其原型，这个内部指针是不可访问的，但是有些浏览器暴露出一个__proto__属性，用于直接访问原型对象。

 

三、原型链与继承

       因为所有对象都是由构造函数生成的，也就是说所有对象，都必然继承某个原型，而原型本身也是对象，它也会继承别的原型，如此环环相扣就形成了原型链。

       JavaScript的对象系统是一个类似族谱的树状结构，每一个分支都通过原型链一脉相承。

　　 基于原型链的继承机制和作用域链的工作机制非常类似：当调用对象的某个属性时，如果对象的自有属性中不存在该属性，那么JavaScript引擎就会沿着该对象的原型链向上查找，直到找到第一个匹配的属性名为止。

       原型链总有个尽头吧，就好像DOM只有唯一的根元素一样，所有原型链都汇聚到同一个源头，那就是Object.prototype，它也是一个对象，也有[[prototype]]属性，那么Object.prototype.__proto__ === ？答案是null。

       有人特别擅长发挥，就根据这个大谈“JavaScript原型设计的哲学思想”，什么道生于无，一生二，二生三，三生万物……这个真的想多了，一个花两周时间搞出来的“KPI项目”，怎么也扯不到哲学上去，这就是外行学前端的一个写照。原型链系统中每个对象都必须关联到另一个对象，并且不能循环引用，那么原型链就只能无限延伸下去，这显然是不可能的，因此只好把个不伦不类的 null 拿来作为原型链的终结点，这也在一定程度上解释了 null 明明不是对象，但是它的数据类型却是对象。

 

四、原型的关联规则

       每个对象的[[prototype]]具体指向谁，或者说每个对象的原型究竟是谁，取决于对象的创建方式。

1、对象直接量的原型对象是Object.prototype；

       var obj = { }; obj.__proto__ === Object.prototype // true

2、通过Object.create( )创建的对象，其原型是由第一个参数指定的对象；

　　对象直接量等价于Object.create(Object.prototype)

3、通过构造函数创建的对象，其原型即构造函数的原型对象。

　　 内置的构造函数的prototype原型是预设好的，我们可以修改。内置构造函数的prototype原型并不都是普通的对象，例如：

       typeof Function.prototype // "function"

       Array.isArray( Array.prototype ) // true 

       但这不重要。

　　 自定义的构造函数，它的原型默认是一个仅含constructor属性的对象。

　　 function f () {}; Object.getOwnPropertyNames(f.prototype) // "constructor"

       比较特殊的是函数也有继承的原型。注意，这里很容易混淆“函数的继承原型”与“函数的prototype原型”，它们是两回事，函数不会从自身的prototype指向的原型对象中继承任何属性或方法，所有的函数都共同继承一个原型对象，那就是Function.prototype。

       Array.__proto__ === Function.prototype // true

       Function.__proto__ === Function.prototype // true

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

       var f = function () { }; f.__proto__ === Function.prototype // true

       为什么函数也有__proto__属性？这不奇怪，因为函数也是对象（可调用的对象）。

 

五、从零构建JavaScript对象系统      

       根据以上规则，我们试着从零开始构建JavaScript的对象系统。

       首先，创造一个构造函数Object，为JavaScript空空如也的对象世界播下第一颗种子。然后给它添一些属性和方法。在Chrome控制台输入Object.getOwnPropertyNames(Object)，可以看到Object有二十五个属性，其中就有prototype。

       prototype几乎就是JavaScript的繁育后代的生殖系统，所以它很关键，我们需要传给它一些公共属性和方法：

　　 Object.prototype = {/* properties */}

　　  然后需要给Object定义私有属性，虽然它是函数，但毕竟函数也是对象，所以能够定义属性：

       Object.create = function ( ) { }; Object.keys = function ( ) { } ……

　　 同样的我们需要给Function设置原型，但是这个原型不是普通对象，而是函数，因此不能用对象直接量： 

       Function.prototype = {/* properties */} // wrong

       Function.prototype = function () { } // right

       至于为什么这么做，规范里只有规定，没有解释。

       （参考：http://stackoverflow.com/questions/39698919/why-typeoffunction-prototype-is-function）

       然后将Function.prototype.__proto__ 设置为 Object.prototype。

       如法炮制，于是我们有了九大构造函数：Object、Function、Array、String、Number、Boolean、Date、Error、RegExp。

       再来两个单体内置对象：Math和JSON

       var Math = new Object(); // 这里采用new“实例化”了一个对象

       Math.random = ……

       Math.max = ……

       ……

 

       现在原型对象之间的关联有了，函数是不是也效仿着弄一个继承呢，这样就免得给每个函数都定义相同的方法了，简单粗暴，直接将函数的[[prototype]]都指向Function.prototype完事儿。

       　 

　　  JavaScript内置的原型系统基本上就完成了，其它的构造函数和对象就留给程序员自定义设置吧。 

 

参考：阮一峰《JavaScript继承机制的设计思想》

http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/06/designing_ideas_of_inheritance_mechanism_in_javascript.html