Javavscript基础——原型和原型链

本文研究一下Javascript的核心基础——原型链和继承。

对于使用过基于类的语言(如Java或C#)的人来说,Javascript的继承有点难以搞懂,因为它本身没有class这种东西。(ES6中引入了class关键字,看上去也像传统的OOP语言,但是那只是语法糖,底层还是基于原型)。

原型链

MDN上对于原型链的解释:

当谈到继承时,JavaScript 只有一种结构:对象。每个实例对象( object )都有一个私有属性(称之为 __proto__ )指向它的构造函数的原型对象(prototype )。该原型对象也有一个自己的原型对象( __proto__ ) ,层层向上直到一个对象的原型对象为 null。根据定义,null 没有原型,并作为这个原型链中的最后一个环节。

几乎所有 JavaScript 中的对象都是位于原型链顶端的 Object 的实例。

这段话可能难以理解,我们来举个例子:

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const list = []; // 定义数组
list.__proto__ === Array.prototype; // true
list.__proto__.__proto__ === Object.prototype; // true
list.__proto__.__proto__.__proto__===null; // true
// 继承关系为
// list -> Array.prototype -> Object.prototype -> null

结合MDN的解释,我们来解释一下上述例子:

list是Array的实例对象,使用了字面量的方式创建了对象实例

每个实例对象( object )都有一个私有属性(称之为 __proto__ )指向它的构造函数的原型对象(prototype )。

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// list的构造函数是Array,所以list.__proto__指向构造函数Array的原型对象。
list.__proto__ === Array.prototype; // true

该原型对象也有一个自己的原型对象( __proto__ )

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// Array.prototype也是对象,也有自己的原型对象,原型是Object.prototype
// 下面是数学运算(等量代换)
// list.__proto__ = Array.prototype
// Array.prototype.__proto__ = Object.prototype
list.__proto__.__proto__ === Object.prototype; // true

层层向上直到一个对象的原型对象为 null。根据定义,null 没有原型,并作为这个原型链中的最后一个环节。

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// 目前我们来到了Object.prototype,根据规范,Object.prototype的原型对象为null
// list.__proto__ = Array.prototype
// Array.prototype.__proto__ = Object.prototype
// Object.prototype.__proto__ = null;
list.__proto__.__proto__.__proto__ === null; // true

原型链查找

当我们访问对象的属性或者方法时,会先从对象本身开始查找,如果查找不到,则查找对象的__proto__,层层向上查找,直到查找到属性,否则抛出错误。

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const list = [];
list.toString();

属性查找过程如下:

  1. 查找list.toString()方法,没找到
  2. 继续查找list.__proto__,也就是Array.prototype,找到了
  3. 调用Array.prototype.toString

原型链结论

  1. 对象实例.__proto__ = 对象构造函数.prototype
  2. 几乎所有对象的原型都是Object.prototype
  3. null是对象,但是null没有原型
  4. 属性/方法查找采用优先返回机制。

函数

经过原型链的简单介绍,相信大家对原型和原型链有了一个比较直观的了解了,现在要说到的是函数。

我们知道,Javascript中函数也是对象,所以Function.__proto__指向Object.prototype

上面的结论在Javascript中是有问题的。我们来聊一聊函数。

先看看简单一点的例子,大家知道,Object是对象的构造函数构造函数也是函数,所有的函数的原型都是Function.prototype,所以Object.__proto__是等于Function.prototype的。

事实证明,也是如此。

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那么Function.__proto__为什么不等于Object.prototype呢?Function不是对象吗?

Function确实是对象,同时还是构造函数,可以通过new Function()来得到函数实例。

上面我们说到所有函数的原型是Function.prototype,所以Function这个构造函数的原型__proto__等于Function.prototype

基于以上原理,还有以下相等关系:

  • Object.__proto__ === Function.prototype
  • Array.__proto__ === Function.prototype

引申的问题

我们知道Function.__proto__是指向Function.prototype,那个Function.prototype这个Function哪里来的?Function自己创造自己?那不是会死循环吗?

这个问题不是纯JS层面能解决的,牵涉到底层实现,下面是网络上别人整理的结论,有需要的可以研究一下V8的源码,这样可以彻底解决这个问题。

  1. 用C/C++ 构造内部数据结构创建一个 OP 即(Object.prototype)以及初始化其内部属性但不包括行为。
  2. 用 C/C++ 构造内部数据结构创建一个 FP 即(Function.prototype)以及初始化其内部属性但不包括行为。
  3. 将 FP 的[[Prototype]]指向 OP。
  4. 用 C/C++ 构造内部数据结构创建各种内置引用类型。
  5. 将各内置引用类型的[[Prototype]]指向 FP。
  6. 将 Function 的 prototype 指向 FP。
  7. 将 Object 的 prototype 指向 OP。
  8. 用 Function 实例化出 OP,FP,以及 Object 的行为并挂载。
  9. 用 Object 实例化出除 Object 以及 Function 的其他内置引用类型的 prototype 属性对象。
  10. 用 Function 实例化出除Object 以及 Function 的其他内置引用类型的 prototype 属性对象的行为并挂载。
  11. 实例化内置对象 Math 以及 Grobal
  12. 至此,所有 内置类型构建完成。

函数结论

  1. 函数的原型都是Function.protype,构造函数也是函数,所以构造函数的原型也是Function.prototype

来自灵魂的拷问1

下面是一道有点难度的JS基础题,可以感受一下:

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function A() {

}

function B(a) {
this.a = a;
}

function C(a) {
if(a) {
this.a = a;
}
}

A.prototype.a = 1;
B.prototype.a = 1;
C.prototype.a = 1;
console.log(new A().a);
console.log(new B().a);
console.log(new C().a);

输出是

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undefined
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解释

  1. 为什么输出1?

    因为new A()这个对象上没有属性a,所以去查找原型链,查到了F.prototype.a

  2. 为什么输出undefined?

    因为new B时没有传递a,所以a是undefined,new B()这个对象是有a属性的,只不过值是undefined,所以不查原型链

  3. 为什么输出1?

    因为new C()未传递a,所以a是undefined,由于if(a)的判断,new C()这个对象内部没有a属性,所以去查原型链

来自灵魂的拷问2

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function F() {
this.a = 1;
}
F.prototype.b = 2;

var f = new F();
console.log(f.hasOwnProperty('a'));
console.log(f.hasOwnProperty('b'));

输出是

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true
false

解释

  1. 为什么输出true`?

输出true比较好理解,因为构造函数F声明了属性a,所以F的实例有a属性

  1. 为什么输出false?

b是f的原型对象F.prototype的属性,不是b自己的,不能拿别人的说成自己的。

结尾

本文研究了原型和原型链之间的关系以及常见对象的原型和原型链,对于特殊对象Function也研究了一下,如果能搞懂后面两个问题,那本文对你来说没什么问题了。

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