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原型继承

在编程中,我们经常会想获取并扩展一些东西。

例如,我们有一个 user 对象及其属性和方法,并希望将 adminguest 作为基于 user 稍加修改的变体。我们想重用 user 中的内容,而不是复制/重新实现它的方法,而只是在其之上构建一个新的对象。

原型继承(Prototypal inheritance) 这个语言特性能够帮助我们实现这一需求。

[[Prototype]]

在 JavaScript 中,对象有一个特殊的隐藏属性 [[Prototype]](如规范中所命名的),它要么为 null,要么就是对另一个对象的引用。该对象被称为“原型”:

prototype

当我们从 object 中读取一个缺失的属性时,JavaScript 会自动从原型中获取该属性。在编程中,这被称为“原型继承”。很快,我们将通过很多示例来学习此类继承,以及基于此类继承的更炫酷的语言功能。

属性 [[Prototype]] 是内部的而且是隐藏的,但是这儿有很多设置它的方式。

其中之一就是使用特殊的名字 __proto__,就像这样:

let animal = {
  eats: true
};
let rabbit = {
  jumps: true
};

*!*
rabbit.__proto__ = animal; // 设置 rabbit.[[Prototype]] = animal
*/!*
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现在,如果我们从 rabbit 中读取一个它没有的属性,JavaScript 会自动从 animal 中获取。

例如:

let animal = {
  eats: true
};
let rabbit = {
  jumps: true
};

*!*
rabbit.__proto__ = animal; // (*)
*/!*

// 现在这两个属性我们都能在 rabbit 中找到:
*!*
alert( rabbit.eats ); // true (**)
*/!*
alert( rabbit.jumps ); // true
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这里的 (*) 行将 animal 设置为 rabbit 的原型。

alert 试图读取 rabbit.eats (**) 时,因为它不存在于 rabbit 中,所以 JavaScript 会顺着 [[Prototype]] 引用,在 animal 中查找(自下而上):

在这儿我们可以说 "animalrabbit 的原型",或者说 "rabbit 的原型是从 animal 继承而来的"。

因此,如果 animal 有许多有用的属性和方法,那么它们将自动地变为在 rabbit 中可用。这种属性被称为“继承”。

如果我们在 animal 中有一个方法,它可以在 rabbit 中被调用:

let animal = {
  eats: true,
*!*
  walk() {
    alert("Animal walk");
  }
*/!*
};

let rabbit = {
  jumps: true,
  __proto__: animal
};

// walk 方法是从原型中获得的
*!*
rabbit.walk(); // Animal walk
*/!*
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该方法是自动地从原型中获得的,像这样:

原型链可以很长:

let animal = {
  eats: true,
  walk() {
    alert("Animal walk");
  }
};

let rabbit = {
  jumps: true,
*!*
  __proto__: animal
*/!*
};

let longEar = {
  earLength: 10,
*!*
  __proto__: rabbit
*/!*
};

// walk 是通过原型链获得的
longEar.walk(); // Animal walk
alert(longEar.jumps); // true(从 rabbit)
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现在,如果我们从 longEar 中读取一些它不存在的内容,JavaScript 会先在 rabbit 中查找,然后在 animal 中查找。

这里只有两个限制:

  1. 引用不能形成闭环。如果我们试图在一个闭环中分配 __proto__,JavaScript 会抛出错误。
  2. __proto__ 的值可以是对象,也可以是 null。而其他的类型都会被忽略。

当然,这可能很显而易见,但是仍然要强调:只能有一个 [[Prototype]]。一个对象不能从其他两个对象获得继承。

__proto__[[Prototype]] 的因历史原因而留下来的 getter/setter

初学者常犯一个普遍的错误,就是不知道 __proto__[[Prototype]] 的区别。

请注意,__proto__ 与内部的 [[Prototype]] 不一样__proto__[[Prototype]] 的 getter/setter。稍后,我们将看到在什么情况下理解它们很重要,在建立对 JavaScript 语言的理解时,让我们牢记这一点。

__proto__ 属性有点过时了。它的存在是出于历史的原因,现代编程语言建议我们应该使用函数 Object.getPrototypeOf/Object.setPrototypeOf 来取代 __proto__ 去 get/set 原型。稍后我们将介绍这些函数。

根据规范,__proto__ 必须仅受浏览器环境的支持。但实际上,包括服务端在内的所有环境都支持它,因此我们使用它是非常安全的。

由于 __proto__ 标记在观感上更加明显,所以我们在后面的示例中将使用它。

写入不使用原型

原型仅用于读取属性。

对于写入/删除操作可以直接在对象上进行。

在下面的示例中,我们将为 rabbit 分配自己的 walk

let animal = {
  eats: true,
  walk() {
    /* rabbit 不会使用此方法 */  
  }
};

let rabbit = {
  __proto__: animal
};

*!*
rabbit.walk = function() {
  alert("Rabbit! Bounce-bounce!");
};
*/!*

rabbit.walk(); // Rabbit! Bounce-bounce!
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从现在开始,rabbit.walk() 将立即在对象中找到该方法并执行,而无需使用原型:

访问器(accessor)属性是一个例外,因为分配(assignment)操作是由 setter 函数处理的。因此,写入此类属性实际上与调用函数相同。

也就是这个原因,所以下面这段代码中的 admin.fullName 能够正常运行:

let user = {
  name: "John",
  surname: "Smith",

  set fullName(value) {
    [this.name, this.surname] = value.split(" ");
  },

  get fullName() {
    return `${this.name} ${this.surname}`;
  }
};

let admin = {
  __proto__: user,
  isAdmin: true
};

alert(admin.fullName); // John Smith (*)

// setter triggers!
admin.fullName = "Alice Cooper"; // (**)

alert(admin.fullName); // Alice Cooper,admin 的内容被修改了
alert(user.fullName);  // John Smith,user 的内容被保护了
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(*) 行中,属性 admin.fullName 在原型 user 中有一个 getter,因此它会被调用。在 (**) 行中,属性在原型中有一个 setter,因此它会被调用。

"this" 的值

在上面的例子中可能会出现一个有趣的问题:在 set fullName(value)this 的值是什么?属性 this.namethis.surname 被写在哪里:在 user 还是 admin

答案很简单:this 根本不受原型的影响。

无论在哪里找到方法:在一个对象还是在原型中。在一个方法调用中,this 始终是点符号 . 前面的对象。

因此,setter 调用 admin.fullName= 使用 admin 作为 this,而不是 user

这是一件非常重要的事儿,因为我们可能有一个带有很多方法的大对象,并且还有从其继承的对象。当继承的对象运行继承的方法时,它们将仅修改自己的状态,而不会修改大对象的状态。

例如,这里的 animal 代表“方法存储”,rabbit 在使用其中的方法。

调用 rabbit.sleep() 会在 rabbit 对象上设置 this.isSleeping

// animal 有一些方法
let animal = {
  walk() {
    if (!this.isSleeping) {
      alert(`I walk`);
    }
  },
  sleep() {
    this.isSleeping = true;
  }
};

let rabbit = {
  name: "White Rabbit",
  __proto__: animal
};

// 修改 rabbit.isSleeping
rabbit.sleep();

alert(rabbit.isSleeping); // true
alert(animal.isSleeping); // undefined(原型中没有此属性)
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结果示意图:

如果我们还有从 animal 继承的其他对象,像 birdsnake 等,它们也将可以访问 animal 的方法。但是,每个方法调用中的 this 都是在调用时(点符号前)评估的对应的对象,而不是 animal。因此,当我们将数据写入 this 时,会将其存储到这些对象中。

所以,方法是共享的,但对象状态不是。

for..in 循环

for..in 循环也会迭代继承的属性。

例如:

let animal = {
  eats: true
};

let rabbit = {
  jumps: true,
  __proto__: animal
};

*!*
// Object.keys 只返回自己的 key
alert(Object.keys(rabbit)); // jumps
*/!*

*!*
// for..in 会遍历自己以及继承的键
for(let prop in rabbit) alert(prop); // jumps,然后是 eats
*/!*
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如果这不是我们想要的,并且我们想排除继承的属性,那么这儿有一个内建方法 obj.hasOwnProperty(key):如果 obj 具有自己的(非继承的)名为 key 的属性,则返回 true

因此,我们可以过滤掉继承的属性(或对它们进行其他操作):

let animal = {
  eats: true
};

let rabbit = {
  jumps: true,
  __proto__: animal
};

for(let prop in rabbit) {
  let isOwn = rabbit.hasOwnProperty(prop);

  if (isOwn) {
    alert(`Our: ${prop}`); // Our: jumps
  } else {
    alert(`Inherited: ${prop}`); // Inherited: eats
  }
}
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这里我们有以下继承链:rabbitanimal 中继承,animalObject.prototype 中继承(因为 animal 是对象字面量 {...},所以这是默认的继承),然后再向上是 null

注意,这有一件很有趣的事儿。方法 rabbit.hasOwnProperty 来自哪儿?我们并没有定义它。从上图中的原型链我们可以看到,该方法是 Object.prototype.hasOwnProperty 提供的。换句话说,它是继承的。

……如果 for..in 循环会列出继承的属性,那为什么 hasOwnProperty 没有像 eatsjumps 那样出现在 for..in 循环中?

答案很简单:它是不可枚举的。就像 Object.prototype 的其他属性,hasOwnPropertyenumerable:false 标志。并且 for..in 只会列出可枚举的属性。这就是为什么它和其余的 Object.prototype 属性都未被列出。

几乎所有其他键/值获取方法都忽略继承的属性

几乎所有其他键/值获取方法,例如 Object.keysObject.values 等,都会忽略继承的属性。

它们只会对对象自身进行操作。不考虑 继承自原型的属性。

总结

  • 在 JavaScript 中,所有的对象都有一个隐藏的 [[Prototype]] 属性,它要么是另一个对象,要么就是 null
  • 我们可以使用 obj.__proto__ 访问它(历史遗留下来的 getter/setter,这儿还有其他方法,很快我们就会讲到)。
  • 通过 [[Prototype]] 引用的对象被称为“原型”。
  • 如果我们想要读取 obj 的一个属性或者调用一个方法,并且它不存在,那么 JavaScript 就会尝试在原型中查找它。
  • 写/删除操作直接在对象上进行,它们不使用原型(假设它是数据属性,不是 setter)。
  • 如果我们调用 obj.method(),而且 method 是从原型中获取的,this 仍然会引用 obj。因此,方法始终与当前对象一起使用,即使方法是继承的。
  • for..in 循环在其自身和继承的属性上进行迭代。所有其他的键/值获取方法仅对对象本身起作用。
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