如何利用JavaScript 實現繼承

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一、背景簡介

JavaScript 在編程語言界是個特殊種類，它和其他編程語言很不一樣，JavaScript 可以在運行的時候動態地改變某個變量的類型。

比如你永遠也沒法想到像isTimeout這樣一個變量可以存在多少種類型，除瞭佈爾值true和false，它還可能是undefined、1和0、一個時間戳，甚至一個對象。

如果代碼跑異常，打開瀏覽器,開始斷點調試，發現InfoList這個變量第一次被賦值的時候是個數組:

[{name: 'test1', value: '11'}, {name: 'test2', value: '22'}]

過瞭一會竟然變成瞭一個對象:

{test1:'11', test2: '22'}

除瞭變量可以在運行時被賦值為任何類型以外，JavaScript 中也能實現繼承，但它不像 Java、C++、C# 這些編程語言一樣基於類來實現繼承，而是基於原型進行繼承。

這是因為 JavaScript 中有個特殊的存在：對象。每個對象還都擁有一個原型對象，並可以從中繼承方法和屬性。

提到對象和原型，有如下問題：

  • JavaScript 的函數怎麼也是個對象?
  • proto和prototype到底是啥關系?
  • JavaScript 中對象是怎麼實現繼承的?
  • JavaScript 是怎麼訪問對象的方法和屬性的?

二、原型對象和對象的關系

在 JavaScript 中，對象由一組或多組的屬性和值組成：

{
  key1: value1,
  key2: value2,
  key3: value3,
}

在 JavaScript 中，對象的用途很是廣泛，因為它的值既可以是原始類型(number、string、boolean、null、undefined、bigint和symbol)，還可以是對象和函數。

不管是對象，還是函數和數組，它們都是Object的實例，也就是說在 JavaScript 中，除瞭原始類型以外，其餘都是對象。

這也就解答瞭問題1：JavaScript 的函數怎麼也是個對象?

在 JavaScript 中，函數也是一種特殊的對象，它同樣擁有屬性和值。所有的函數會有一個特別的屬性prototype，該屬性的值是一個對象，這個對象便是我們常說的“原型對象”。

我們可以在控制臺打印一下這個屬性：

function Person(name) {
  this.name = name;
}
console.log(Person.prototype);

打印結果顯示為：

可以看到，該原型對象有兩個屬性：constructor和proto。

到這裡，我們仿佛看到疑惑 “2：proto和prototype到底是啥關系?”的答案要出現瞭。在 JavaScript 中，proto屬性指向對象的原型對象，對於函數來說，它的原型對象便是prototype。

函數的原型對象prototype有以下特點：

  • 默認情況下，所有函數的原型對象(prototype)都擁有constructor屬性，該屬性指向與之關聯的構造函數，在這裡構造函數便是Person函數;
  • Person函數的原型對象(prototype)同樣擁有自己的原型對象，用proto屬性表示。前面說過，函數是Object的實例，因此Person.prototype的原型對象為Object.prototype。

我們可以用這樣一張圖來描述prototype、proto和constructor三個屬性的關系：

從這個圖中，我們可以找到這樣的關系：

  • 在 JavaScript 中，proto屬性指向對象的原型對象;
  • 對於函數來說，每個函數都有一個prototype屬性，該屬性為該函數的原型對象;

二、使用 prototype 和 proto 實現繼承

對象之所以使用廣泛，是因為對象的屬性值可以為任意類型。因此，屬性的值同樣可以為另外一個對象，這意味著 JavaScript 可以這麼做：通過將對象 A 的proto屬性賦值為對象 B，即:

A.__proto__ = B

此時使用A.proto便可以訪問 B 的屬性和方法。

這樣，JavaScript 可以在兩個對象之間創建一個關聯，使得一個對象可以訪問另一個對象的屬性和方法，從而實現瞭繼承;

三、使用prototype和proto實現繼承

以Person為例，當我們使用new Person()創建對象時，JavaScript 就會創建構造函數Person的實例，比如這裡我們創建瞭一個叫“zhangsan”的Person：

var zhangsan = new Person("zhangsan");

上述這段代碼在運行時，JavaScript 引擎通過將Person的原型對象prototype賦值給實例對象zhangsan的proto屬性，實現瞭zhangsan對Person的繼承，即執行瞭以下代碼：

//JavaScript 引擎執行瞭以下代碼
var zhangsan = {};
zhangsan.__proto__ = Person.prototype;
Person.call(zhangsan, "zhangsan");

我們來打印一下zhangsan實例：

console.log(zhangsan)

結果如下圖所示:

可以看到，zhangsan作為Person的實例對象，它的proto指向瞭Person的原型對象，即Person.prototype。

這時，我們再補充下上圖中的關系：

從這幅圖中，我們可以清晰地看到構造函數和constructor屬性、原型對象(prototype)和proto、實例對象之間的關系，這是很多容易混淆。根據這張圖，我們可以得到以下的關系：

  • 每個函數的原型對象(Person.prototype)都擁有constructor屬性，指向該原型對象的構造函數(Person);
  • 使用構造函數(new Person())可以創建對象，創建的對象稱為實例對象(lily);
  • 實例對象通過將proto屬性指向構造函數的原型對象(Person.prototype)，實現瞭該原型對象的繼承。

那麼現在，關於proto和prototype的關系，我們可以得到這樣的答案：

  • 每個對象都有proto屬性來標識自己所繼承的原型對象，但隻有函數才有prototype屬性;
  • 對於函數來說，每個函數都有一個prototype屬性，該屬性為該函數的原型對象;
  • 通過將實例對象的proto屬性賦值為其構造函數的原型對象prototype，JavaScript 可以使用構造函數創建對象的方式，來實現繼承。

所以一個對象可通過proto訪問原型對象上的屬性和方法，而該原型同樣也可通過proto訪問它的原型對象，這樣我們就在實例和原型之間構造瞭一條原型鏈。紅色線條所示：

四、通過原型鏈訪問對象的方法和屬性

當 JavaScript 試圖訪問一個對象的屬性時，會基於原型鏈進行查找。查找的過程是這樣的：

  • 首先會優先在該對象上搜尋。如果找不到，還會依次層層向上搜索該對象的原型對象、該對象的原型對象的原型對象等(套娃告警);
  • JavaScript 中的所有對象都來自Object，Object.prototype.proto === null。null沒有原型，並作為這個原型鏈中的最後一個環節;
  • JavaScript 會遍歷訪問對象的整個原型鏈，如果最終依然找不到，此時會認為該對象的屬性值為undefined。

我們可以通過一個具體的例子，來表示基於原型鏈的對象屬性的訪問過程，在該例子中我們構建瞭一條對象的原型鏈，並進行屬性值的訪問：

var o = {a: 1, b: 2}; // 讓我們假設我們有一個對象 o, 其有自己的屬性 a 和 b：
o.__proto__ = {b: 3, c: 4}; // o 的原型 o.__proto__有屬性 b 和 c：

當我們在獲取屬性值的時候，就會觸發原型鏈的查找：

console.log(o.a); // o.a => 1
console.log(o.b); // o.b => 2
console.log(o.c); // o.c => o.__proto__.c => 4
console.log(o.d); // o.c => o.__proto__.d => o.__proto__.__proto__ == null => undefined

綜上，整個原型鏈如下:

{a:1, b:2} ---> {b:3, c:4} ---> null, // 這就是原型鏈的末尾，即 null

可以看到，當我們對對象進行屬性值的獲取時，會觸發該對象的原型鏈查找過程。

既然 JavaScript 中會通過遍歷原型鏈來訪問對象的屬性，那麼我們可以通過原型鏈的方式進行繼承。

也就是說，可以通過原型鏈去訪問原型對象上的屬性和方法，我們不需要在創建對象的時候給該對象重新賦值/添加方法。比如，我們調用lily.toString()時，JavaScript 引擎會進行以下操作：

  • 先檢查lily對象是否具有可用的toString()方法;
  • 如果沒有，則“檢查lily的原型對象(Person.prototype)是否具有可用的toString()方法;
  • 如果也沒有，則檢查Person()構造函數的prototype屬性所指向的對象的原型對象(即Object.prototype)是否具有可用的toString()方法，於是該方法被調用。

由於通過原型鏈進行屬性的查找，需要層層遍歷各個原型對象，此時可能會帶來性能問題：

  • 當試圖訪問不存在的屬性時，會遍歷整個原型鏈;
  • 在原型鏈上查找屬性比較耗時，對性能有副作用，這在性能要求苛刻的情況下很重要。

因此，我們在設計對象的時候，需要註意代碼中原型鏈的長度。當原型鏈過長時，可以選擇進行分解，來避免可能帶來的性能問題。

五、其他方式實現繼承

除瞭通過原型鏈的方式實現 JavaScript 繼承，JavaScript 中實現繼承的方式還包括經典繼承(盜用構造函數)、組合繼承、原型式繼承、寄生式繼承，等等。

  • 原型鏈繼承方式中引用類型的屬性被所有實例共享，無法做到實例私有;
  • 經典繼承方式可以實現實例屬性私有，但要求類型隻能通過構造函數來定義;
  • 組合繼承融合原型鏈繼承和構造函數的優點，它的實現如下：
function Parent(name) {
  // 私有屬性，不共享
  this.name = name;
}
// 需要復用、共享的方法定義在父類原型上
Parent.prototype.speak = function() {
  console.log("hello");
};
function Child(name) {
  Parent.call(this, name);
}
// 繼承方法
Child.prototype = new Parent();

組合繼承模式通過將共享屬性定義在父類原型上、將私有屬性通過構造函數賦值的方式，實現瞭按需共享對象和方法，是 JavaScript 中最常用的繼承模式。

雖然在繼承的實現方式上有很多種，但實際上都離不開原型對象和原型鏈的內容，因此掌握proto和prototype、對象的繼承等這些知識，是我們實現各種繼承方式的前提條件。

七、總結

關於 JavaScript 的原型和繼承，常常會在我們面試題中出現。隨著 ES6/ES7 等新語法糖的出現，可能更傾向於使用class/extends等語法來編寫代碼，原型繼承等概念逐漸變淡。

其次JavaScript 的設計在本質上依然沒有變化，依然是基於原型來實現繼承的。如果不瞭解這些內容，可能在我們遇到一些超出自己認知范圍的內容時，很容易束手無策。

到此這篇關於如何利用JavaScript 實現繼承的文章就介紹到這瞭,更多相關JavaScript 實現繼承內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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