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Javavscript基础原型和原型链

jiezi

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：

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）。

// 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__ )

// 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。

// 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。

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。

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：

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

1
undefined
1

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 

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

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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