原型原型链闭包继承

Posted 2020-09-24 元小帝

一、原型、原型链

原型对象
   在javascript 中，每当定义一个对象（函数）时候，对象中都会包含一些预定义的属性。其中函数对象的一个属性就是原型对象 prototype。注：普通对象没有prototype,但有__proto__属性。

  原型对象其实就是普通对象（Function.prototype除外,它是函数对象，但它很特殊，他没有prototype属性（前面说道函数对象都有prototype属性））。看下面的例子：
 function f1(){};
 console.log(f1.prototype) //f1{}
 console.log(typeof f1. prototype) //Object
 console.log(typeof Function.prototype) // Function，这个特殊
 console.log(typeof Object.prototype) // Object
 console.log(typeof Function.prototype.prototype) //undefined

 从这句console.log(f1.prototype) //f1 {} 的输出就结果可以看出，f1.prototype就是f1的一个实例对象。就是在f1创建的时候,创建了一个它的实例对象并赋值给它的prototype，基本过程如下：
 var temp = new f1();
 f1. prototype = temp;

  所以，Function.prototype为什么是函数对象就迎刃而解了，上文提到凡是new Function ()产生的对象都是函数对象，所以temp1是函数对象。
 var temp1 = new Function ();
 Function.prototype = temp1;

那原型对象是用来做什么的呢？主要作用是用于继承。举了例子：
  var person = function(name){
   this.name = name
  };
  person.prototype.getName = function(){
     return this.name; 
  }
  var zjh = new person(‘zhangjiahao’);
  zjh.getName(); //zhangjiahao

   从这个例子可以看出，通过给person.prototype设置了一个函数对象的属性，那有person实例（例中：zjh）出来的普通对象就继承了这个属性。具体是怎么实现的继承，就要讲到下面的原型链了。

三．原型链
   JS在创建对象（不论是普通对象还是函数对象）的时候，都有一个叫做__proto__的内置属性，用于指向创建它的函数对象的原型对象prototype。以上面的例子为例：

  console.log(zjh.__proto__ === person.prototype) //true

同样，person.prototype对象也有__proto__属性，它指向创建它的函数对象（Object）的prototype

  console.log(person.prototype.__proto__ === Object.prototype) //true

继续，Object.prototype对象也有__proto__属性，但它比较特殊，为null

  console.log(Object.prototype.__proto__) //null

我们把这个有__proto__串起来的直到Object.prototype.__proto__为null的链叫做原型链。如下图：

四．内存结构图
为了更加深入和直观的进行理解，下面我们画一下上面的内存结构图：


画图约定：


疑点解释：
1.Object.__proto__ === Function.prototype // true
  Object是函数对象，是通过new Function()创建，所以Object.__proto__指向Function.prototype。

2.Function.__proto__ === Function.prototype // true
  Function 也是对象函数，也是通过new Function()创建，所以Function.__proto__指向Function.prototype。

自己是由自己创建的，好像不符合逻辑，但仔细想想，现实世界也有些类似，你是怎么来的，你妈生的，你妈怎么来的，你姥姥生的，……类人猿进化来的，那类人猿从哪来，一直追溯下去……，就是无，（NULL生万物）
正如《道德经》里所说“无，名天地之始”。

3.Function.prototype.__proto__ === Object.prototype //true
其实这一点我也有点困惑，不过也可以试着解释一下。
Function.prototype是个函数对象，理论上他的__proto__应该指向 Function.prototype，就是他自己，自己指向自己，没有意义。
JS一直强调万物皆对象，函数对象也是对象，给他认个祖宗，指向Object.prototype。Object.prototype.__proto__ === null，保证原型链能够正常结束。

五．constructor
  原型对象prototype中都有个预定义的constructor属性，用来引用它的函数对象。这是一种循环引用
  person.prototype.constructor === person //true
  Function.prototype.constructor === Function //true
  Object.prototype.constructor === Object //true

完善下上面的内存结构图：


有两点需要注意：
（1）注意Object.constructor===Function；//true 本身Object就是Function函数构造出来的
（2）如何查找一个对象的constructor，就是在该对象的原型链上寻找碰到的第一个constructor属性所指向的对象

六．总结
1.原型和原型链是JS实现继承的一种模型。
2.原型链的形成是真正是靠__proto__ 而非prototype

二、闭包

一、什么是闭包？

官方”的解释是：闭包是一个拥有许多变量和绑定了这些变量的环境的表达式（通常是一个函数），因而这些变量也是该表达式的一部分。
相信很少有人能直接看懂这句话，因为他描述的太学术。其实这句话通俗的来说就是：JavaScript中所有的function都是一个闭包。不过一般来说，嵌套的function所产生的闭包更为强大，也是大部分时候我们所谓的“闭包”。看下面这段代码：

function a() { 
 var i = 0; 
 function b() { alert(++i); } 
 return b;
}
var c = a();
c();

这段代码有两个特点：

1、函数b嵌套在函数a内部；

2、函数a返回函数b。

引用关系如图：

　　这样在执行完var c=a()后，变量c实际上是指向了函数b，再执行c()后就会弹出一个窗口显示i的值(第一次为1)。这段代码其实就创建了一个闭包，为什么？因为函数a外的变量c引用了函数a内的函数b，就是说：

　　当函数a的内部函数b被函数a外的一个变量引用的时候，就创建了一个闭包。

　　让我们说的更透彻一些。所谓“闭包”，就是在构造函数体内定义另外的函数作为目标对象的方法函数，而这个对象的方法函数反过来引用外层函数体中的临时变量。这使得只要目标 对象在生存期内始终能保持其方法，就能间接保持原构造函数体当时用到的临时变量值。尽管最开始的构造函数调用已经结束，临时变量的名称也都消失了，但在目 标对象的方法内却始终能引用到该变量的值，而且该值只能通这种方法来访问。即使再次调用相同的构造函数，但只会生成新对象和方法，新的临时变量只是对应新 的值，和上次那次调用的是各自独立的。

二、闭包有什么作用？

　　简而言之，闭包的作用就是在a执行完并返回后，闭包使得Javascript的垃圾回收机制GC不会收回a所占用的资源，因为a的内部函数b的执行需要依赖a中的变量。这是对闭包作用的非常直白的描述，不专业也不严谨，但大概意思就是这样，理解闭包需要循序渐进的过程。

在上面的例子中，由于闭包的存在使得函数a返回后，a中的i始终存在，这样每次执行c()，i都是自加1后alert出i的值。

　　那 么我们来想象另一种情况，如果a返回的不是函数b，情况就完全不同了。因为a执行完后，b没有被返回给a的外界，只是被a所引用，而此时a也只会被b引 用，因此函数a和b互相引用但又不被外界打扰(被外界引用)，函数a和b就会被GC回收。(关于Javascript的垃圾回收机制将在后面详细介绍)

三、闭包内的微观世界

　　如果要更加深入的了解闭包以及函数a和嵌套函数b的关系，我们需要引入另外几个概念：函数的执行环境(excution context)、活动对象(call object)、作用域(scope)、作用域链(scope chain)。以函数a从定义到执行的过程为例阐述这几个概念。

1. 当定义函数a的时候，js解释器会将函数a的作用域链(scope chain)设置为定义a时a所在的“环境”，如果a是一个全局函数，则scope chain中只有window对象。
2. 当执行函数a的时候，a会进入相应的执行环境(excution context)。
3. 在创建执行环境的过程中，首先会为a添加一个scope属性，即a的作用域，其值就为第1步中的scope chain。即a.scope=a的作用域链。
4. 然后执行环境会创建一个活动对象(call object)。活动对象也是一个拥有属性的对象，但它不具有原型而且不能通过JavaScript代码直接访问。创建完活动对象后，把活动对象添加到a的作用域链的最顶端。此时a的作用域链包含了两个对象：a的活动对象和window对象。
5. 下一步是在活动对象上添加一个arguments属性，它保存着调用函数a时所传递的参数。
6. 最后把所有函数a的形参和内部的函数b的引用也添加到a的活动对象上。在这一步中，完成了函数b的的定义，因此如同第3步，函数b的作用域链被设置为b所被定义的环境，即a的作用域。

到此，整个函数a从定义到执行的步骤就完成了。此时a返回函数b的引用给c，又函数b的作用域链包含了对函数a的活动对象的引用，也就是说b可以访问到a中定义的所有变量和函数。函数b被c引用，函数b又依赖函数a，因此函数a在返回后不会被GC回收。

当函数b执行的时候亦会像以上步骤一样。因此，执行时b的作用域链包含了3个对象：b的活动对象、a的活动对象和window对象，如下图所示：

如图所示，当在函数b中访问一个变量的时候，搜索顺序是：

1. 先搜索自身的活动对象，如果存在则返回，如果不存在将继续搜索函数a的活动对象，依次查找，直到找到为止。
2. 如果函数b存在prototype原型对象，则在查找完自身的活动对象后先查找自身的原型对象，再继续查找。这就是Javascript中的变量查找机制。
3. 如果整个作用域链上都无法找到，则返回undefined。

小结，本段中提到了两个重要的词语：函数的定义与执行。文中提到函数的作用域是在定义函数时候就已经确定，而不是在执行的时候确定（参看步骤1和3）。用一段代码来说明这个问题：

function f(x) { 
  var g = function () { return x; }
  return g;
}
var h = f(1);
alert(h()); 

这段代码中变量h指向了f中的那个匿名函数(由g返回)。

• 假设函数h的作用域是在执行alert(h())确定的，那么此时h的作用域链是：h的活动对象->alert的活动对象->window对象。
• 假设函数h的作用域是在定义时确定的，就是说h指向的那个匿名函数在定义的时候就已经确定了作用域。那么在执行的时候，h的作用域链为：h的活动对象->f的活动对象->window对象。

如果第一种假设成立，那输出值就是undefined；如果第二种假设成立，输出值则为1。

运行结果证明了第2个假设是正确的，说明函数的作用域确实是在定义这个函数的时候就已经确定了。

四、闭包的应用场景
保护函数内的变量安全。以最开始的例子为例，函数a中i只有函数b才能访问，而无法通过其他途径访问到，因此保护了i的安全性。

1. 在内存中维持一个变量。依然如前例，由于闭包，函数a中i的一直存在于内存中，因此每次执行c()，都会给i自加1。
2. 通过保护变量的安全实现JS私有属性和私有方法（不能被外部访问）
   私有属性和方法在Constructor外是无法被访问的

   function Constructor(...) {  
     var that = this;  
     var membername = value; 
     function membername(...) {...}
   }

以上3点是闭包最基本的应用场景，很多经典案例都源于此。

三、继承

 

JS继承的实现方式

 

既然要实现继承，那么首先我们得有一个父类，代码如下：

 

// 定义一个动物类
function Animal (name) {
  // 属性
  this.name = name || \'Animal\';
  // 实例方法
  this.sleep = function(){
    console.log(this.name + \'正在睡觉！\');
  }
}
// 原型方法
Animal.prototype.eat = function(food) {
  console.log(this.name + \'正在吃：\' + food);
};

 

1、原型链继承

 

核心： 将父类的实例作为子类的原型

 

function Cat(){ 
}
Cat.prototype = new Animal();
Cat.prototype.name = \'cat\';

//　Test Code
var cat = new Cat();
console.log(cat.name);
console.log(cat.eat(\'fish\'));
console.log(cat.sleep());
console.log(cat instanceof Animal); //true 
console.log(cat instanceof Cat); //true

 

特点：

 

1. 非常纯粹的继承关系，实例是子类的实例，也是父类的实例
2. 父类新增原型方法/原型属性，子类都能访问到
3. 简单，易于实现

 

缺点：

 

1. 要想为子类新增属性和方法，必须要在new Animal()这样的语句之后执行，不能放到构造器中
2. 无法实现多继承
3. 来自原型对象的引用属性是所有实例共享的（详细请看附录代码： 示例1）
4. 创建子类实例时，无法向父类构造函数传参

 

2、构造继承

 

核心：使用父类的构造函数来增强子类实例，等于是复制父类的实例属性给子类（没用到原型）

 

function Cat(name){
  Animal.call(this);
  this.name = name || \'Tom\';
}

// Test Code
var cat = new Cat();
console.log(cat.name);
console.log(cat.sleep());
console.log(cat instanceof Animal); // false
console.log(cat instanceof Cat); // true

 

特点：

 

1. 解决了1中，子类实例共享父类引用属性的问题
2. 创建子类实例时，可以向父类传递参数
3. 可以实现多继承（call多个父类对象）

 

缺点：

 

1. 实例并不是父类的实例，只是子类的实例
2. 只能继承父类的实例属性和方法，不能继承原型属性/方法
3. 无法实现函数复用，每个子类都有父类实例函数的副本，影响性能

 

3、实例继承

 

核心：为父类实例添加新特性，作为子类实例返回

 

function Cat(name){
  var instance = new Animal();
  instance.name = name || \'Tom\';
  return instance;
}

// Test Code
var cat = new Cat();
console.log(cat.name);
console.log(cat.sleep());
console.log(cat instanceof Animal); // true
console.log(cat instanceof Cat); // false

 

特点：

 

1. 不限制调用方式，不管是new 子类()还是子类(),返回的对象具有相同的效果

 

缺点：

 

1. 实例是父类的实例，不是子类的实例
2. 不支持多继承

 

4、拷贝继承

 

function Cat(name){
  var animal = new Animal();
  for(var p in animal){
    Cat.prototype[p] = animal[p];
  }
  Cat.prototype.name = name || \'Tom\';
}

// Test Code
var cat = new Cat();
console.log(cat.name);
console.log(cat.sleep());
console.log(cat instanceof Animal); // false
console.log(cat instanceof Cat); // true

 

特点：

 

1. 支持多继承

 

缺点：

 

1. 效率较低，内存占用高（因为要拷贝父类的属性）
2. 无法获取父类不可枚举的方法（不可枚举方法，不能使用for in 访问到）

 

5、组合继承

 

核心：通过调用父类构造，继承父类的属性并保留传参的优点，然后通过将父类实例作为子类原型，实现函数复用

 

function Cat(name){
  Animal.call(this);
  this.name = name || \'Tom\';
}
Cat.prototype = new Animal();

// Test Code
var cat = new Cat();
console.log(cat.name);
console.log(cat.sleep());
console.log(cat instanceof Animal); // true
console.log(cat instanceof Cat); // true

 

特点：

 

1. 弥补了方式2的缺陷，可以继承实例属性/方法，也可以继承原型属性/方法
2. 既是子类的实例，也是父类的实例
3. 不存在引用属性共享问题
4. 可传参
5. 函数可复用

 

缺点：

 

1. 调用了两次父类构造函数，生成了两份实例（子类实例将子类原型上的那份屏蔽了）

 

6、寄生组合继承

 

核心：通过寄生方式，砍掉父类的实例属性，这样，在调用两次父类的构造的时候，就不会初始化两次实例方法/属性，避免的组合继承的缺点

 

function Cat(name){
  Animal.call(this);
  this.name = name || \'Tom\';
}
(function(){
  // 创建一个没有实例方法的类
  var Super = function(){};
  Super.prototype = Animal.prototype;
  //将实例作为子类的原型
  Cat.prototype = new Super();
})();

// Test Code
var cat = new Cat();
console.log(cat.name);
console.log(cat.sleep());
console.log(cat instanceof Animal); // true
console.log(cat instanceof Cat); //true

 

特点：

 

1. 堪称完美

 

缺点：

 

1. 实现较为复杂