Prototype (原型)

Cellinlab

发布于 2023-05-17 15:22:05

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发布于 2023-05-17 15:22:05

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# 原型

# `[[Prototype]]`

JavaScript中的对象有一个特殊的 [[Prototype]] 内置属性，其实就是对于其他对象的引用。几乎所有的对象在创建时 [[Prototype]] 属性都会被赋予一个非空的值。

var myObj = {
  a: 2
};
myObj.a; // 2

如果 a 不在 myObj 中，就需要使用对象的 [[Prototype]] 链了。对于默认的 [[Get]] 操作来说，如果无法在对象本身找到需要的属性，就会继续访问对象的 [[Prototype]] 链：

var anotherObj = {
  a: 2
};

var myObj = Object.create(anotherObj);
myObj.a; // 2

如果 anotherObject 中也找不到 a 并且 [[Prototype]] 链不为空的话，就会继续查找下去。这个过程会持续到找到匹配的属性名或者查找完整条 [[Prototype]] 链。如果是后者的话，[[Get]] 操作的返回值是 undefined 。

使用 for..in 遍历对象时原理和查找 [[Prototype]] 链类似，任何可以通过原型链访问到（并且是 enumerable）的属性都会被枚举。使用 in 操作符来检查属性在对象中是否存在时，同样会查找对象的整条原型链（无论属性是否可枚举 ）：

var anotherObj = {
  a: 2
};

var myObj = Object.create(anotherObj);

for (var k in myObj) {
  console.log(i);
}
// "a"
('a' in myObj); // true

当你通过各种语法进行属性查找时都会查找 [[Prototype]] 链，直到找到属性或者查找完整条原型链。

# Object.prototype

所有普通的 [[Prototype]] 链最终都会指向内置的 Object.prototype 。由于所有的“普通”（内置，不是特定主机的扩展）对象都“源于”（或者说把 [[Prototype]] 链的顶端设置为）这个 Object.prototype 对象，所以它包含 JavaScript 中许多通用的功能。

# 属性设置和屏蔽

myObj.foo = 'bar';

如果属性名 foo 既出现在 myObject 中也出现在 myObject 的 [[Prototype]] 链上层，那么就会发生屏蔽。myObject 中包含的 foo 属性会屏蔽原型链上层的所有 foo 属性，因为 myObject.foo 总是会选择原型链中最底层的 foo 属性。

如果 foo 不直接存在于 myObject 中而是存在于原型链上层时 myObject.foo ="bar" 会出现的三种情况:

如果在 [[Prototype]] 链上层存在名为 foo 的普通数据访问属性并且没有被标记为只读（writable:false），那就会直接在 myObject 中添加一个名为 foo 的新属性，它是屏蔽属性。
如果在 [[Prototype]] 链上层存在 foo ，但是它被标记为只读（writable:false），那么无法修改已有属性或者在 myObject 上创建屏蔽属性。如果运行在严格模式下，代码会抛出一个错误。否则，这条赋值语句会被忽略。总之，不会发生屏蔽。
如果在 [[Prototype]] 链上层存在 foo 并且它是一个 setter，那就一定会调用这个 setter。foo 不会被添加到（或者说屏蔽于）myObject ，也不会重新定义 foo 这个 setter。

# “类”

JavaScript 和面向类的语言不同，它并没有类来作为对象的抽象模式或者说蓝图。JavaScript 中只有对象。

在 JavaScript 中，类无法描述对象的行为，（因为根本就不存在类！）对象直接定义自己的行为。

# “类” 函数

多年以来，JavaScript 中有一种奇怪的行为一直在被无耻地滥用，那就是模仿类。“类似类”的行为利用了函数的一种特殊特性：所有的函数默认都会拥有一个名为 prototype 的公有并且不可枚举的属性，它会指向另一个对象：

function Foo () {
  // ...
}
Foo.prototype; // { constructor: Foo }

这个对象通常被称为 Foo 的原型，因为我们通过名为 Foo.prototype 的属性引用来访问它。

这个对象到底是什么？这个对象是在调用 new Foo() 时创建的，最后会被（有点武断地）关联到这个“Foo.prototype” 对象上。

function Foo() {
  // ...
}
var foo = new Foo();
Object.getPrototypeOf(foo) === Foo.prototype; // true

调用 new Foo() 时会创建 foo，其中的一步就是给 foo 一个内部的 [[Prototype]] 链接，关联到 Foo.prototype 指向的那个对象。

在 JavaScript 中，没有类似的复制机制。你不能创建一个类的多个实例，只能创建多个对象，它们 [[Prototype]] 关联的是同一个对象。但是在默认情况下并不会进行复制，因此这些对象之间并不会完全失去联系，它们是互相关联的。

new Foo() 会生成一个新对象（foo），这个新对象的内部链接 [[Prototype]] 关联的是 Foo.prototype 对象。

最后得到了两个对象，它们之间互相关联，就是这样。并没有初始化一个类，实际上并没有从“类”中复制任何行为到一个对象中，只是让两个对象互相关联。

实际上，绝大多数 JavaScript 开发者不知道的秘密是，new Foo() 这个函数调用实际上并没有直接创建关联，这个关联只是一个意外的副作用。new Foo() 只是间接完成了我们的目标：一个关联到其他对象的新对象。

在 JavaScript 中，我们并不会将一个对象（“类”）复制到另一个对象（“实例”），只是将它们关联起来。从视觉角度来说，[[Prototype]] 机制如下图所示，箭头从右到左，从下到上：

这个机制通常被称为原型继承，它常常被视为动态语言版本的类继承。

在“继承”前面加上“原型”对于事实的曲解就好像一只手拿橘子一只手拿苹果然后把苹果叫作“红橘子”一样。无论添加什么标签都无法改变事实：一种水果是苹果，另一种是橘子。更好的方法是直接把苹果叫作苹果——使用更加准确并且直接的术语。

继承意味着复制操作，JavaScript （默认）并不会复制对象属性。相反，JavaScript 会在两个对象之间创建一个关联，这样一个对象就可以通过委托访问另一个对象的属性和函数。委托这个术语可以更加准确地描述 JavaScript 中对象的关联机制。

# “构造函数”

function Foo() {
  // ...
}
var foo = new Foo();

到底是什么让我们认为 Foo 是一个“类”呢？其中一个原因是我们看到了关键字 new ，在面向类的语言中构造类实例时也会用到它。另一个原因是，看起来我们执行了类的构造函数方法，Foo() 的调用方式很像初始化类时类构造函数的调用方式。

除了令人迷惑的“构造函数”语义外，Foo.prototype 还有另一个绝招。

function Foo() {
  // ...
}
Foo.prototype.constructor === Foo; // true

var a = new Foo();
a.constructor === Foo; // true

Foo.prototype 默认有一个公有并且不可枚举的属性 constructor ，这个属性引用的是对象关联的函数（本例中是 Foo ）。此外，我们可以看到通过“构造函数”调用 new Foo() 创建的对象也有一个 constructor 属性，指向“创建这个对象的函数”。

构造函数还是调用

实际上，Foo 和程序中的其他函数没有任何区别。函数本身并不是构造函数，然而，当你在普通的函数调用前面加上 new 关键字之后，就会把这个函数调用变成一个“构造函数调用”。实际上，new 会劫持所有普通函数并用构造对象的形式来调用它。

function NothingSpecial () {
  console.log(`Don't mind me!`);
}

var a = new NothingSpecial(); // 输出 "Don't mind me!"

NothingSpecial 只是一个普通的函数，但是使用 new 调用时，它就会构造一个对象并赋值给 a ，这看起来像是 new 的一个副作用（无论如何都会构造一个对象）。这个调用是一个构造函数调用，但是 NothingSpecial 本身并不是一个构造函数。

换句话说，在 JavaScript 中对于“构造函数”最准确的解释是，所有带 new 的函数调用。函数不是构造函数，但是当且仅当使用 new 时，函数调用会变成“构造函数调用”。

# （原型）继承

原型继承机制，a 可以“继承” Foo.prototype 并访问 Foo.prototype 的 myName() 函数。但是之前我们只把继承看作是类和类之间的关系，并没有把它看作是类和实例之间的关系：

上图，它不仅展示出对象（实例）a1 到 Foo.prototype 的委托关系，还展示出 Bar.prototype 到 Foo.prototype 的委托关系，而后者和类继承很相似，只有箭头的方向不同。图中由下到上的箭头表明这是委托关联，不是复制操作。

function Foo(name) {
  this.name = name;
}
Foo.prototype.myName = function() {
  return this.name;
};

function Bar(name, label) {
  Foo.call(this, name);
  this.label = label;
}

// 创建一个新的 Bar.prototype 对象 关联到 Foo.prototype
Bar.prototype = Object.create(Foo.prototype);

Bar.prototype.myLabel = function() {
  return this.label;
};

var a = new Bar("a1", "obj a");
a.myName(); // "a1"
a.myLabel(); // "obj a"

声明 function Bar() { .. } 时，和其他函数一样，Bar 会有一个 .prototype 关联到默认的对象，但是这个对象并不是我们想要的 Foo.prototype 。因此我们创建了一个新对象并把它关联到我们希望的对象上，直接把原始的关联对象抛弃掉。

两种方式是常见的错误做法，实际上它们都存在一些问题：

// 实现机制不一样
// Bar.prototype = Foo.prototype 并不会创建一个关联到Bar.prototype 的新对象
// 它只是让Bar.prototype 直接引用Foo.prototype 对象
// 因此当执行类似Bar.prototype.myLabel = ... 的赋值语句时会直接修改Foo.prototype 对象本身
Bar.prototype = Foo.prototype;

// 基本满足要求，但会有一些副作用
Bar.prototype = new Foo();

# 检查 “类” 关系

a instanceof Foo; // true

instanceof 回答的问题是：在 a 的整条 [[Prototype]] 链中是否有指向 Foo.prototype 的对象？

这个方法只能处理对象（a）和函数（带 .prototype 引用的 Foo ）之间的关系。如果你想判断两个对象（比如 a 和 b ）之间是否通过 [[Prototype]] 链关联，只用 instanceof 无法实现。

Foo.prototype.isPrototypeOf(a); // true

isPrototypeOf(..) 回答的问题是：在 a 的整条 [[Prototype]] 链中是否出现过 Foo.prototype ？

同样的问题，同样的答案，但是在第二种方法中并不需要间接引用函数（Foo），它的 .prototype 属性会被自动访问。

也可以直接获取一个对象的 [[Prototype]] 链。在 ES5 中，标准的方法是：

Object.getPrototypeOf(a); // Foo.prototype

绝大多数（不是所有！）浏览器也支持一种非标准的方法来访问内部 [[Prototype]] 属性：

a.__proto__ === Foo.prototype; // true

和 .constructor 一样，.__proto__ 实际上并不存在于你正在使用的对象中（本例中是 a ）。实际上，它和其他的常用函数（.toString() 、.isPrototypeOf() ，等等）一样，存在于内置的 Object.prototype 中。

.__proto__ 看起来很像一个属性，但是实际上它更像一个 getter/setter。

# 对象关联

[[Prototype]] 机制就是存在于对象中的一个内部链接，它会引用其他对象。

通常来说，这个链接的作用是：如果在对象上没有找到需要的属性或者方法引用，引擎就会继续在 [[Prototype]] 关联的对象上进行查找。同理，如果在后者中也没有找到需要的引用就会继续查找它的 [[Prototype]] ，以此类推。这一系列对象的链接被称为“原型链”。

# 创建关联

var foo = {
  something: function () {
    console.log('something');
  }
};

var bar = Object.create(foo);
bar.something(); // "something"

Object.create() 会创建一个新对象（bar）并把它关联到我们指定的对象（foo），这样我们就可以充分发挥 [[Prototype]] 机制的威力（委托）并且避免不必要的麻烦（比如使用 new 的构造函数调用会生成 .prototype 和 .constructor 引用）。

Object.create(null) 会创建一个拥有空（或者说 null ）[[Prototype]] 链接的对象，这个对象无法进行委托。由于这个对象没有原型链，所以 instanceof 操作符（之前解释过）无法进行判断，因此总是会返回 false 。这些特殊的空 [[Prototype]] 对象通常被称作“字典”，它们完全不会受到原型链的干扰，因此非常适合用来存储数据。

我们并不需要类来创建两个对象之间的关系，只需要通过委托来关联对象就足够了。而 Object.create() 不包含任何“类的诡计”，所以它可以完美地创建我们想要的关联关系。

# 行为委托

[[Prototype]] 机制就是指对象中的一个内部链接引用另一个对象。

如果在第一个对象上没有找到需要的属性或者方法引用，引擎就会继续在 [[Prototype]] 关联的对象上进行查找。同理，如果在后者中也没有找到需要的引用就会继续查找它的 [[Prototype]] ，以此类推。这一系列对象的链接被称为“原型链”。

JavaScript 中这个机制的本质就是对象之间的关联关系 。

# 面向委托的设计

[[Prototype]] 代表的是一种不同于类的设计模式。试着把思路从类和继承的设计模式转换到委托行为的设计模式。

# 类理论

假设我们需要在软件中建模一些类似的任务（“XYZ”、“ABC”等）。

如果使用类，那设计方法可能是这样的：定义一个通用父（基）类，可以将其命名为 Task ，在 Task 类中定义所有任务都有的行为。接着定义子类 XYZ 和 ABC ，它们都继承自 Task 并且会添加一些特殊的行为来处理对应的任务。

类设计模式鼓励你在继承时使用方法重写（和多态），比如说在 XYZ 任务中重写 Task 中定义的一些通用方法，甚至在添加新行为时通过 super 调用这个方法的原始版本。你会发现许多行为可以先“抽象”到父类然后再用子类进行特殊化（重写）。

// 伪代码
class Task {
  id;

  // 构造函数
  Task (ID) {
    id = ID;
  }

  outputTask () {
    output(id);
  }
}

class XYZ inherits Task {
  label;

  // 构造函数
  XYZ (ID, LABEL) {
    super(ID);
    label = LABEL;
  }
  outputTask () {
    super.outputTask();
    output(label);
  }
}

class ABC inherits Task {
  // ...
}

现在你可以实例化子类 XYZ 的一些副本然后使用这些实例来执行任务 “XYZ”。这些实例会复制 Task 定义的通用行为以及 XYZ 定义的特殊行为。同理，ABC 类的实例也会复制 Task 的行为和 ABC 的行为。在构造完成后，你通常只需要操作这些实例（而不是类），因为每个实例都有你需要完成任务的所有行为。

# 委托理论

使用委托行为 而不是类来思考同样的问题。

首先你会定义一个名为 Task 的对象（和许多 JavaScript 开发者告诉你的不同，它既不是类也不是函数），它会包含所有任务都可以使用（写作使用，读作委托）的具体行为。接着，对于每个任务（“XYZ”、“ABC”）你都会定义一个对象来存储对应的数据和行为。你会把特定的任务对象都关联到 Task 功能对象上，让它们在需要的时候可以进行委托。

基本上你可以想象成，执行任务“XYZ”需要两个兄弟对象（XYZ 和 Task）协作完成。但是我们并不需要把这些行为放在一起，通过类的复制，我们可以把它们分别放在各自独立的对象中，需要时可以允许 XYZ 对象委托给 Task 。

Task = {
  setID: function(ID) {
    this.id = ID;
  },
  outputID: function() {
    console.log(this.id);
  }
}

// 让 XYZ 委托 Task
XYZ = Object.create(Task);

XYZ.prepareTask = function(ID, LABEL) {
  this.setID(ID);
  this.label = LABEL;
};

XYZ.outputTaskDetails = function() {
  this.outputID();
  console.log(this.label);
};

ABC = Object.create(Task);
// ...

Task 和 XYZ 并不是类（或者函数），它们是对象。XYZ 通过 Object.create() 创建，它的 [[Prototype]] 委托了 Task 对象。

相比于面向类（或者说面向对象），可以把这种编码风格称为“对象关联”（OLOO，objects linked to other objects）。我们真正关心的只是 XYZ 对象（和 ABC 对象）委托了 Task 对象。

在 JavaScript 中，[[Prototype]] 机制会把对象关联到其他对象。

委托行为 意味着某些对象（XYZ）在找不到属性或者方法引用时会把这个请求委托给另一个对象（Task）。

# 比较

面向对象风格：

function Foo (who) {
  this.me = who;
}
Foo.prototype.identify = function () {
  return "I am " + this.me;
};

function Bar (who) {
  Foo.call(this, who);
}
Bar.prototype = Object.create(Foo.prototype);
Bar.prototype.speak = function () {
  alert("Hello, " + this.identify() + ".");
};


var b1 = new Bar("b1");
var b2 = new Bar("b2");

b1.speak(); // "Hello, I am b1."
b2.speak(); // "Hello, I am b2."

对象关联风格:

Foo = {
  init: function(who) {
    this.me = who;
  },
  identify: function() {
    return "I am " + this.me;
  }
};
Bar = Object.create(Foo);

Bar.speak = function () {
  alert("Hello, " + this.identify() + ".");
};

var b1 = Object.create(Bar);
b1.init("b1");
var b2 = Object.create(Bar);
b2.init("b2");

b1.speak(); // "Hello, I am b1."
b2.speak(); // "Hello, I am b2."

通过比较可以看出，对象关联风格的代码显然更加简洁，因为这种代码只关注一件事：对象之间的关联关系 。

# 类与对象

// 父类
function Widget (width, height) {
  this.width = width || 50;
  this.height = height || 50;
  this.$elem = null;
}

Widget.prototype.render = function ($where) {
  if (this.$elem) {
    this.$elem.css({
      width: this.width + "px",
      height: this.height + "px"
    }).appendTo($where);
  }
};

// 子类
function Button (width, height, label) {
  Widget.call(this, width, height);
  this.label = label || "Default";

  this.$elem = $("<button>").text(this.label);
}

// 子类继承父类
Button.prototype = Object.create(Widget.prototype);

// 重写
Button.prototype.render = function ($where) {
  // super 调用
  Widget.prototype.render.call(this, $where);
  this.$elem.click(this.onClick.bind(this));
};

Button.prototype.onClick = function (evt) {
  console.log("Button '" + this.label + "' clicked!");
};

$(document).ready(function () {
  var $body = $(document.body);
  var btn1 = new Button(125, 30, "Hello");
  var btn2 = new Button(150, 40, "World");
  btn1.render($body);
  btn2.render($body);
});

# ES6 的 class 语法糖

class Widget {
  constructor(width, height) {
    this.width = width || 50;
    this.height = height || 50;
    this.$elem = null;
  }

  render($where) {
    if (this.$elem) {
      this.$elem.css({
        width: this.width + "px",
        height: this.height + "px"
      }).appendTo($where);
    }
  }
}

class Button extends Widget {
  constructor(width, height, label) {
    super(width, height);
    this.label = label || "Default";

    this.$elem = $("<button>").text(this.label);
  }

  render($where) {
    super.render($where);
    this.$elem.click(this.onClick.bind(this));
  }

  onClick(evt) {
    console.log("Button '" + this.label + "' clicked!");
  }
}

$(document).ready(function () {
  var $body = $(document.body);
  var btn1 = new Button(125, 30, "Hello");
  var btn2 = new Button(150, 40, "World");
  btn1.render($body);
  btn2.render($body);
});

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