js原型概念和作用(JavaScript:原型(prototype))
面向对象有一个特征是继承 ,即重用某个已有类的代码 ,在其基础上建立新的类 ,而无需重新编写对应的属性和方法 ,继承之后拿来即用;
在其他的面向对象编程语言比如Java中 ,通常是指 ,子类继承父类的属性和方法;
我们现在来看看 ,JS是如何实现继承这一个特征的;
要说明这个 ,我们首先要看看 ,每个对象都有的一个隐藏属性[[Prototype]];
对象的隐藏属性[[Prototype]]
在JS中,每个对象obj ,都有这样一个隐藏属性[[Prototype]] ,它的值要么是null,要么是对另一个对象anotherObj的引用(不可以赋值为其他类型值) ,这另一个对象anotherObj ,就叫做对象obj的原型;
通常说一个对象的原型,就是在说这个隐藏属性[[Prototype]] ,也是在说它引用的那个对象 ,毕竟二者一致;
现在来创建一个非常简单的字面量对象 ,来查看一下这个属性:
可以看到 ,对象obj没有自己的属性和方法 ,但是它还有一个隐藏属性[[Prototype]] ,数据类型是Object ,说明它指向了一个对象(即原型) ,这个原型对象里面 ,有很多方法和一个属性;
其他的暂且不论,我们先重点看一下 ,红框的constructor()方法和__proto__属性;
访问器属性(__proto__)
访问[[Prototype]]
从红框可以看到 ,属性__proto__是一个访问器属性,有getter/setter特性(这个属性名前后各两个下划线);
问题是 ,它是用来访问哪个属性的?
我们来调用一下看看:
可以看到 ,__proto__访问器属性,访问的正是隐藏属性[[Prototype]] ,或者说 ,它指向的正是原型对象;
值得一提的是 ,这是一个老式的访问原型对象的方法 ,现代编程语言建议使用Object.getPrototypeOf/setPrototypeOf来访问原型对象;
但是考虑兼容性 ,使用__proto__也是可以的;
请注意 ,__proto__不能代表[[Prototype]]本身 ,它只是其一个访问器属性;
设置[[Prototype]]
正因为它是访问器属性 ,也即具有getter和setter功能 ,我们现在可以控制对象的原型对象的指向了(并不建议这样做):
如上图,现在将其赋值为null ,好了 ,现在obj对象没有原型了;
如上图,创建了两个对象 ,并且让obj1没有了原型 ,让obj2的原型是obj1;
看看,此时obj2.name读取到obj1的属性name了 ,首先obj2在自身属性里找name没有找到 ,于是去原型上去找 ,于是找到了obj1的name属性了 ,换句话说 ,obj2继承了obj1的属性了;
这就是JS实现继承的方式 ,通过原型这种机制;
让我们看看下面的代码:
正常的obj2.name = Jerry的添加属性的语句 ,会成为obj2对象自己的属性 ,而不会去覆盖原型的同名属性 ,这是再正常不过了,继承得来的东西 。只能读取 ,不能修改(访问器属性__proto__除外);
现在的问题是 ,为什么obj2.__proto__是undefined?上面不是刚刚赋值为obj1了吗?
原因就在于__proto__是访问器属性,我们读取它实际上是在调用对应的getter/setter方法 ,而现在obj2的原型(即obj1)并没有对应的getter/setter方法 ,自然是undefined了;
现在综合一下,看下面代码:
为什么最后obj2.__proto__输出的是hello world ,为什么__proto__成了obj2自己的属性了?
关键就在于红框的三句代码:
第一句let obj2 = {} ,此时obj2有原型 ,有访问器属性__proto__ ,一切正常;
第二句obj2.__proto__ = obj1 ,这句调用__proto__的setter方法 ,将[[Prototype]]的引用指向了obj1;
这一句完成以后 ,obj2因为obj1这个原型而没有访问器属性__proto__了;
所以第三句obj2.__proto__ = hello world的__proto__已经不再是访问器属性了 ,而是一个普通的属性名了 ,所以这句就是一个普通的添加属性的语句了;
构造器(constructor)
在隐藏属性[[Prottotype]]那里,看到其有一个constructor()方法 ,顾名思义 ,这就是构造器了;
类对象与函数对象
类对象在其他编程语言比如Java中,构造方法通常是和类名同名的函数 ,里面定义了对象的一些初始化代码;
当需要一个对象时 ,就通过new关键字去调用构造方法创建一个对象;
那在JS中,当我们let obj = {}去创建一个字面量对象的时候 ,发生了什么?
上面这句代码 ,其实就是let obj = new Object()的简写 ,也是通过new关键字去调用一个和类名同名的构造方法去创建一个对象 ,在这里就是构造方法Object();
这种通过new className()调用构造方法创造的对象 ,称为类对象;
函数对象但是 ,再等一下 ,JS早期是没有类的概念的 ,那个时候大家又是怎么去创建对象的呢?
想一下 ,创建对象是不是需要一个构造方法(即一个函数),本质上是不是new Function()的形式去创建对象?
对咯 ,早期就是new Function()去创建对象的 ,这个Function就叫做构造函数;
这种通过new Function()调用构造函数创造的对象,称为函数对象;
构造函数和普通函数又有什么区别呢?除了要求是用function关键字声明的函数 ,并且命名建议大驼峰以外 ,几乎是没有区别的:
看,我们声明了一个构造函数Cat() ,并通过new Cat()创造了一个对象tom;
打印tom发现 ,它有一个原型 ,这个原型和字面量对象的原型不一样 ,它有一个方法一个属性;
方法是constructor()构造器 ,指向的正是Cat()函数;
属性是另一个隐藏属性[[Prototype]] ,暂时不去探究它是谁;
也就是说 ,函数对象的原型 ,是由另一个原型和constructor()方法组成的对象;
我们可以用代码来验证一下 ,类对象和函数对象的原型的异同点:
如上所示,创建了一个函数对象tom和一个类对象obj;
可以看出:
函数对象的原型的方法constructor()指向构造函数本身;
函数对象的原型的隐藏属性[[Prototype]]和字面量对象(Object对象)的隐藏属性 ,他们两的引用相同 ,指向的是同一个对象,暂时不去探究这个对象是什么 ,就认为它是字面量对象的原型即可;
还可以看到 ,无论是类对象,还是函数对象 ,其原型都有constructor()构造器;
这个构造器在创建对象的过程中 ,具体起了什么样的作用呢?
让我们先看看函数对象tom的这个原型是怎么来的?我们之前一直都是在说对象有一个隐藏属性[[Prototype]]指向原型对象 ,究竟是哪一步 ,让这个隐藏属性指向了原型对象呢?
函数的普通属性prototype
事实上 ,每个函数都有一个属性prototype ,默认情况下 ,这个属性prototype是一个对象 ,其中只含有一个方法constructor ,而这个constructor指向函数本身(还有一个隐藏属性[[Prototype]],指向字面量对象的原型);
可以用代码佐证 ,如下所示:
注意 ,prototype要么是一个对象类型,要么是null ,不可以是其他类型 ,这听起来很像隐藏属性[[Prototype]],不过prototype只是函数的一个普通属性 ,对象是没有这个属性的;
来看下这个属性的特性吧:
可以看到 ,它不是一个访问器属性 ,只是一个普通属性 ,但是它不可配置不可枚举 ,只能修改值;
它的value值 ,眼熟吗?正是构造函数创建的函数对象的原型啊;
它居然还有一个特性[[Prototype]] ,不要把它和value值里面的属性[[Prototype]]弄混 ,前者是prototype属性的特性 ,后者是prototype属性的一个隐藏属性,虽然此刻他们都指向字面量对象的原型 ,但是前者始终指向字面量对象的原型 ,后者则始终指向原型(而原型是会变的);
这里也不再去追究为什么它会有这样一个特性了,让我们把重点放在prototype属性本身;
new Function()的时候发生了什么
事实上 ,只有在调用new Function()作为构造函数的时候 ,才会使用到这个prototype属性;
我们来仔细分析一下上面代码具体发生了什么:
let tom = new Cat()这句代码的执行流程如下:
先调用Cat.prototype属性的特性[[Prototype]](我们知道它指向字面量对象的原型)里面的constructor()构造器,创建一个字面量空对象 ,当然此时这个对象的隐藏属性[[Prototype]]也都已经存在了 ,将这个对象分配给this指针; 然后返回this指针给tom ,即tom引用了这个字面量空对象 ,同时this指向了tom; 然后执行构造函数Cat()本身的语句 ,即this.name = "Tom" ,于是tom就有了一个属性name; 然后将Cat.prototype属性值value ,复制(注意 ,这里是复制 ,不是赋值,这意味着这里不是传引用 ,而是传值)给tom的隐藏属性[[Prototype]] ,即tom.__proto__ = Cat.prototype;如果我们用代码去描述上面整个过程,就类似于下面这样:
// let tom = new Cat()的整个具体流程 ,类似于下面这样 let tom = {}; //创建字面量对象 ,并赋值给变量tom tom.name = "Tom"; // 执行Cat()函数 tom.__proto__ = Cat.prototype; // 将Cat的prototype的属性值赋值给tom的隐藏属性[[Prototype]]现在已经说清楚了new Function()发生的具体过程,上面代码的输出结果也佐证了我们所说的:
函数对象tom的原型正是Cat函数的属性prototype的值value ,可以看到他们的constructor()构造器都指向Cat函数本身 ,并且tom.name的值Tom;
然后我们修改了Cat函数的prototype的值value ,Cat.prototype = Dog.prototype语句将其设置成了Dog函数的prototype的值value;
让我们顺着刚刚说的流程 ,看看let newTom = new Cat()的执行过程:
先创建字面量空对象; 然后赋值给newTom; 然后调用Cat()函数本身 ,即newTom.name = "Tom"; 然后执行语句newTom.__proto__ = Cat.prototype ,而Cat.prototype = Dog.prototype ,所以newTom.__proto__ = Dog.prototype;输出结果佐证了我们的执行过程 ,函数newTom的原型正是Dog函数的属性prototype的值value ,他们的constructor()构造器都指向了Dog函数本身,但是newTom.name的值依然是"Tom";
从上面前后两个输出结果也可以看出来 ,最后一步的tom.__proto__ = Cat.prototype确实是复制而不是赋值 ,否则在Cat.prototype = Dog.prototype语句之后,tom.__proto__ = Cat.prototype = Dog.prototype了 ,但是输出结果表面并没有改变;
现在我们已经明白了函数对象的原型为什么是这个样子的 ,也明白了函数对象的constructor()构造器指向了构造函数本身;
现在让我们像下面这样,使用一下函数对象的constructor()构造器吧:
看上面的代码 ,我们现在已经知道let tom = new Cat()的时候都发生了什么 ,也知道此时tom的原型的constructor()构造器指向的是Dog函数;
所以let spike = new tom.constructor()这句代码 ,当tom去自己的属性里没有找到constructor()方法的时候 ,就去原型里面去找 ,于是找到了指向Dog函数的constructor()构造器 ,所以这句代码就等于let spike = new Dog();
通过这段代码 ,好好体会一下函数对象的构造器吧 。
构造函数和普通函数的区别
其实从技术上来讲 ,构造函数和普通函数没有区别;
只是默认构造函数采用大驼峰命名法 ,并通过new操作符去创建一个函数对象;
new.target
我们怎样去判断一个函数的调用是普通调用,还是new操作符调用的呢?
如上所示 ,通过new.target ,可以判断该函数是被普通调用的还是通过new关键字调用的;
构造函数的返回值
构造函数从技术上说,就是一个普通函数 ,所以当然也可能有return返回值(通常构造函数于情于理都是不会有return语句的);
之前说过new Function()的时候的具体流程 ,我们来看一下:
先创建一个字面量空对象;
将空对象赋值给tom;
执行Cat()函数,让tom有了属性name;
但是Cat()函数有return语句 ,返回了一个空对象{} ,由tom接收了 ,也就是说tom被覆盖赋值了;
所以最后tom指向的是return语句的空对象 ,而不是最开始创建的空对象;
字面量对象的原型
new Object()的时候发生了什么
我们刚刚说了new Function()创建函数对象的时候 ,具体发生了什么 ,现在来看看创建类对象的时候 ,具体发生了什么;
以Object为例 ,因为它是一个类 ,是JS其他所有类的祖先,这一点与Java类似;
我们先看一下Object的prototype属性吧 ,是的 ,类和函数一样,也有这个属性(注意 ,是类有这个属性 ,而不是类的实例即对象有这个属性);
看上图,是不是很眼熟 ,这不就是字面量对象的原型吗?
是的 ,如上图所示 ,就是它;
还记得原型链吧 ,那么这个原型对象还有原型吗?
如上所示 ,没有了 ,指向null了 ,看样子我们已经走到了原型链的原点了 ,为了方便 ,我们就称呼Object.prototype为原始原型吧;
看看它的特性吧:
和函数的prototype属性的特性,如出一辙 ,但是注意 ,它的writable属性是false了,这意味着我们再也无法对这个属性做任何操作了;
这是当然 ,它可是所有类的祖先 ,怎么能随意更改呢;
这下我们就能明白new ClassName()的时候大概流程是什么样子了;
以let obj = {}为例(其实就是let obj = new Object()):
先调用Objecet.prototype属性的特性[[Prototype]]里面的constructor()构造器(不再继续深究这个构造器了),创建一个字面量空对象 ,当然此时这个对象的隐藏属性[[Prototype]]也都已经存在了; 然后将这个对象赋值给obj ,即obj引用了这对象 ,同时this指针也就指向了obj; 然后执行构造方法Object()本身的语句 ,就不再进一步去研究这个构造方法了 ,总之此时obj已经是一个有着很多内置方法的字面量对象了; 然后将Object.prototype属性值value ,复制给obj的隐藏属性[[Prototype]] ,即obj.__proto__ = Object.prototype;注意 ,其实流程不完全是上面这样子 ,与构造函数的流程还有一点点区别,主要是第三步 ,还有一个构造器的执行 ,这和类的继承有关系,详细的在后面new className()的时候发生了什么里面具体说明;
更改原始原型
我们刚刚说了 ,Object.prototype属性的所有特性都是false ,意味着我们对这个属性无法再做任何操作了;
这只是再说,我们不能对其本身做任何删改的操作了 ,但是它本身依然是一个对象 ,这意味着我们可以正常的向其添加属性和方法;
如上图所示 ,我们向Object.prototype属性对象里添加了hello()方法 ,并且由obj对象通过原型调用了这个方法;
类对象的原型
我们已经了解了函数对象的原型 ,和原始原型 ,再来看看类对象的原型;
我们把这三种放一起做个比较吧:
我们自定义了类classA ,自定义了函数functionA ,并创建了类对象clsA和函数对象funcA ,以及字面量对象;
可以看出,类对象与函数对象的原型的形式 ,是一致的 ,只是各自原型里的constructor()指向各自的类/函数,即红框部分不同;
而他们的原型的原型则是一致的 ,和字面量对象的原型一样 ,都指向了原始原型,即绿框部分相同;
上面的输出结果佐证了这一点;
从这也可以看出来 ,其他类都是继承自原始类Object的 ,只是原型链的长短罢了 ,最终都可以溯源到原始类Object;
很显然 ,类与构造函数 ,很类似;
类与构造函数的区别
尽管类对象和函数对象有相似的原型 ,但是不代表类与构造函数就完全一样了 ,他们之间的区别还是很大的:
类型不同 ,定义形式不同
类名后不需要括号 ,构造函数名后需要加括号;
类的方法声明形式和构造函数的方法不一样;
打印类和构造函数,类前的类型是class ,构造函数前的类型是f ,即function;
注意,不能使用typeof操作符 ,它会认为类和构造函数都是function
prototype不一样
如上所示 ,类的方法,会成为prototype的方法 ,但是构造函数的方法不会成为prototype的方法;
也即构造函数的prototype始终由constructor()和原始原型组成 ,函数对象无法通过原型去调用在构造函数里定义的方法;
函数对象如果想要调用method1()方法 ,就不能写成let method1 = function(){} ,而是this.method1 = function(){} ,将其变为函数对象自己的方法;
prototype的特性不一样
类的prototype是不可写的 ,但是构造函数的prototype是可写的;
方法的特性不一样
由于函数对象不能通过原型继承方法 ,这里只展示类的方法的特性 ,如上所示 ,类的方法,是不可枚举的 ,也即不会被for-in语法遍历到;
模式不同
由于类是后来才有的概念 ,所以类总是使用严格模式,即不需要显示使用use strict ,类总是在严格模式下执行;
而构造函数则不同 ,默认是普通模式,需要显示使用use strict才会在严格模式下执行;
[[IsClassConstructor]]
类有隐藏属性[[IsClassConstructor]] ,其值为true;
这要求必须使用new关键字去调用它 ,像普通函数一样调用会出错:
但是很显然 ,构造函数本身就是一个函数 ,是可以像普通函数一样去调用的;
构造器constructor
由于函数对象不能通过原型继承方法 ,所以无法自定义构造器;
但是类对象可以继承啊 ,所以可以自定义构造器并在new的时候调用;
从图上可以看出 ,我们是无法去自定义构造函数的构造器的 ,它依然还是按照我们所说的流程去创建函数对象的;
我们现在看看 ,类自定义构造器,是怎么按照我们的流程去创建类对象的:
先调用classA.prototype的特性[[Prototype]]里的构造器去创建一个字面量空对象;
将空对象赋值给变量clsA;
然后执行构造方法classA()本身的语句;
首先添加了属性outterName;
然后又遇到了constructor()方法(注意该构造器与classA.prototype.constructor不是同一个东西) ,于是又执行了这个构造器的语句 ,添加了属性innerName;
由此我们可以得出,类在创建类对象的时候 ,流程依然是我们所述的流程;
但是在遇到类里面的同名方法constructor()时候 ,不会将其作为原型方法,而是会立即运行该构造器;
另外 ,像outterName这样的属性 ,不会成为prototype的属性 ,也就是说 ,类只有定义的方法(除了constructor构造器)会进入prototype的属性 ,成为原型被继承;
new className()的时候发生了什么
上面刚刚描述了类自定义构造器之后 ,创建对象是一个什么样的流程;
现在来仔细理解一下类的构造器 ,事实上 ,如果我们不显式自定义构造器 ,类也会默认提供一个下面这样的构造器:
constructor() { super(); }这里的super()实际上就是在调用其父类的构造方法(注意不是指父类的构造器constructor(),而是指父类自身);
用代码来验证一下吧:
我们先来看一下let c = new classC()的时候 ,具体流程是什么样的吧:
首先调用classC.prototype属性的特性[[Prototype]](它总是指向原始原型) ,创建一个字面量空对象; 然后将其赋值给变量c; 然后执行构造方法classC()的语句,通常会有添加对象的属性和方法的语句 ,这里没有; 接着查看是否显式声明了constructor()构造器(如果没有就提供一个默认的构造器) ,这里有,于是立即执行这个构造器; 首先是super() ,实际上就是执行构造函数classA()的语句 ,于是添加了属性nameA; 然后是this.nameB = C ,于是添加了属性nameC; 最后 ,将classC.prototype的value值 ,复制给c的隐藏属性[[Prototype]] ,即c.__proto__ = classC.prototype;整个完整流程如上所示;
现在来试着对着流程看看let b = new classB()吧:
首先创建字面量空对象; 赋值给变量b; 执行classB()的语句 ,添加了属性nameB; 没有构造器 ,提供默认的构造器 ,执行super()即执行classA()的语句,于是添加了属性nameA; 最后 ,复制b的原型为classB.prototype的value值;输出结果也验证了我们所说的;
操作原型的现代方法
之前已经说过 ,通过__proto__属性去操作原型的方法,是历史的过时的方法 ,实际上并不推荐;
现代JS有以下方法 ,供我们去操作原型:
Object.getPrototypeOf(obj)
此方法,返回对象obj的隐藏属性[[Prototype]];
Object.setPrototypeOf(obj, proto)
此方法 ,将对象obj的隐藏属性[[Prototype]]指向新的对象proto;
Object.create(proto, descriptors)
此方法 ,创建一个空对象 ,并将其隐藏属性[[Prototype]]指向proto;
同时 ,可选参数descriptors可以给空对象添加属性 ,如下所示:
原型链与继承
现在应该已经理解了原型是一个什么样的概念 ,以及如何去访问原型;
正如继承有儿子继承父亲 ,父亲继承爷爷一样 ,有这样一个往上溯源的关系 ,原型也可以这样往上溯源,这就是原型链的概念;
用代码去理解一下吧:
我们定义了三个对象A/B/C ,并且设置C的原型是B ,B的原型是A;
读取C.nameA的时候,首先在C自己的属性里去找 ,没有找到;
于是去原型B的属性里去找 ,没有找到;
再去B的原型A的属性里去找,找到并输出;
可以看C展开的一层层结构 ,可以很清晰的看到原型链的存在;
由此也可以看出 ,JS是单继承的 ,同Java一致;
但是正常的继承 ,肯定不是这样手动去设置对象的原型的 ,而是自动去设置的;
在JS中 ,继承的关键字也是extends ,也是描述类的父子关系的;
上面代码 ,classC继承classB ,而classB继承classA;
所以classC的对象,继承了他们的属性 ,便有了三个属性nameA/nameB/nameC ,这也说明,属性是不放在原型里的 ,而是会在创建对象的时候 ,直接成为classC的属性;
classC的原型,有一个属性一个方法 ,方法是constructor()构造器指向自己 ,属性是另一个原型;
注意 ,打印出来的原型后面标注的classX ,原型指的是对象 ,不是类 ,所以classC的原型不是指classB这个类本身 ,而是指其来源于classB;
紫色框:对象c的原型 ,即c.__proto__ == classC.prototype;
橘色框:classB.prototype ,即对象c的原型的原型c.__proto__.__proto__ == classB.prototype;
绿色框:classA.prototype,即对象c的原型的原型的原型c.__proto__.__proto__.__proto__ == classA.prototype;
红色框:Object.prototype ,也即原始原型c.__proto__.__proto__.__proto__.__proto__ == Object.prototype;
这是一条完整的原型链 ,从中也能看出继承是什么样的一个形式;
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