代码改变世界

彻底搞清楚 JavaScript 的原型和原型链

2021-12-02 13:43  金色海洋（jyk）  阅读(849)  评论(1)  编辑  收藏  举报

JavaScript真的挺无语的，怪不得看了那么多的介绍文章还是一头雾水，直到自己终于弄懂了一点点之后才深有体会：
先从整体说起吧，发现没有基础做依据，那都是空中楼阁；
先从基础开始介绍吧，又发现基础是个蛇头咬蛇尾的圆环，无从下手，应该先整体介绍。
于是介绍本身就成了一个死循环。。。

还是尝试着从基础开始。。。（多图预警）

主要内容：

  • 对象的继承树。
  • 函数的继承树。
  • 函数 VS 对象
  • prototype VS _ _ proto__
  • 继承 VS 组合
  • 自己定义函数（class），以及实现继承

寻找原型链的“源头”

网上有一个梗：万物基于MIUI。虽然是一句调侃，但是也表达源头的重要性。

看过一些高手写的关系图，应该是非常专业，但也正是因为太专业了，所以才导致新手看的是一头雾水。
那么对于先手来说，有没有简单一点的方式呢？我们可以借鉴一下面向对象的思路。

提到面向对象，大家都会想到基类（超类、父类）、子类、继承、多态等。为啥容易记住呢？因为继承关系非常简单，从基类开始，一层一层继承下去，结构非常清晰明了。

我觉得应该借鉴一下这种表达方式，也许这种方式并不契合JavaScript，但是我觉得应该比较方便初学者入门。

经常听说，JavaScript 的世界是基于 Object 的，这句话对但是又不对，为啥这么说呢？我们来看看 Object 的结构：（使用 console.dir() 可以看到细节 ）

console.dir(Object)

Object的结构组成

首先请注意一下那个 f 的标识，这表示 Object 其实是一个函数（从 JavaScript 的语法角度来看），我们来验证一下：

Object 其实是函数

这到底是怎么回事呢？后面细说，先把找到源头才好理解。

这个 Object 并不是源头，因为还有 prototype 和 __ proto__， 我们先看看 Object.prototype 的结构：

Object.prototype

console.dir(Object.prototype)

Object原型的结构

可以看到，Object.prototype 才是源头，因为 Object.prototype 没有 prototype（当然没有），_ _ proto__ 也是 null，我们来验证一下：

console.dir(Object.prototype.prototype)
console.dir(Object.prototype.__proto__)

Object 验证prototype

Object 验证 __proto__

Object.__proto __

103-object2.png

这是啥？是不是很头晕，这个其实指向的是 Function的原型，我们来验证一下：

103-object2验证.png

这是咋回事？后面再解释。

小结

是不是有点晕，让我们来梳理一下思路：

Object的三个重要属性

如果看上面的图有点晕的话，可以先看下面的图，灰线说的是构造函数的关系，可以先跳过。（终于画出来了那种绕圈圈的图，向着专业又迈出了一步）

Object的两个重要属性

  • 思路一：
    Object有两个属性，一个是对象原型，一个是函数原型。

  • 思路二：
    Object有两个指针，一个指向对象原型，一个指向函数原型。

我觉得思路二更适合一些，这个是理解 JavaScript 的原型链的第一个门槛，如果绕不清楚的话……没关系，往下看就好，我也是把下面都写出来，然后回头才整理出来这个图的。。。（这个也是给继承和组合做个铺垫）

构建一颗大树 —— 对象的继承关系

找到源头之后，我们就可以构建一颗大树了。

构建原则：xxx.prototype._ _ proto__ === Object.prototype
即：Object.prototype 看做父类，然后把其“子类”画出来。

对象的树

这下是不是清晰多了呢？我们来验证一下：

  • Array

190-Array原型.png

  • String：

String原型

好长好长，差点截不下来。

  • Number

Number原型

  • BigInt

BigInt原型

  • Boolean

Boolean原型

  • Symbol

Symbol原型

  • Date

Date原型

  • RegExp （正则表达式）

RegExp原型

  • Math

Math

共同点

每种类型都有自己的成员，然后_ _ proto__ 指向 Object.prototype。

特例

这里有几个特殊情况：

  • Math
    没有原型，或者说原型就是 Math 自己。

  • Array
    这个比较奇怪。

  • null 和 undefined
    这对兄弟先当做特殊情况来处理。

  • Function
    Function.prototype._ _ proto__ 也是指向 Object.prototype的，但是 Function.prototype 是一个 f。

  • Object
    如果说 Object.prototype 是基类的话，那么Object是啥呢？其实 Object 是函数。
    是不是有点晕？从JavaScript 语法的角度来说，不仅 Object 是函数，String、Number这些都是函数。

再构建一颗大树 —— 函数的继承关系

观察上面的图（对象的树）可以发现，我写的都是xxx.prototype 的形式，那为啥不直接写xxx呢？

因为从 JavaScript 的语法的角度来看，Object、String、Number、Array、Function等都是函数，Object.prototype、String.prototype 等才是对象。
我们从函数的角度来构造另一颗大树。

依据：xxx._ _ proto__ === Function.prototype
即：把Function.prototype看做父类，把他的子类（__ proto__指向他的）都画出来。

函数的树

这里加上“()”，明确一下，然后我们来看一下具体的结构：

  • Function

200-Function原型.png

  • String

String()

  • Number

Number()

  • Boolean

Boolean()

  • BigInt

BigInt()

  • Symbol

Symbol()

  • Date

Date()

  • RegExp

RegExp()

  • Array

Array()

对象 VS 函数

对象和函数的树都画完了，然后我们来分析一下对象和函数的区别。

  • 对象：是一个容器，可以存放各种类型的实例（数据），包括函数。
  • 构造函数：依据原型创建原型的实例。（个人理解可能有误）
  • 一般函数：就是我们“随手”写的函数，执行某些代码，返回结果（也可以不返回）。

从 JavaScript 的语法角度来看，Object、Function、String、Date、Number等都是function，而Object.prototype、String.prototype、Date.prototype、Number.prototype等才是对象。

这和我们经常用到表述方式有点不一样，也正是这个原因，导致理解和表达的时候非常混乱。

我们还是来验证一下：

  • 函数

函数的验证.png

  • 对象

对象的验证.png

这里有一个特例，Function.prototype 是一个函数，而且是所有函数的源头。

所以说，从 JavaScript 的语法角度来看，函数就是函数，对象就是对象，不存在Object既是对象又是函数的情况。

那么到底是什么关系呢？我们定义一套函数来具体分析一下。

实战：用ES6的class定义一套对象/函数

ES6提供了class，但是这个并不是类，而是 Function 的语法糖。
目的是简化ES5里面，为了实现继承而采用的各种“神操作”。

用class来定义，结构和关系会非常清晰，再也不会看着头疼了，建议新手可以跳过ES5的实现方式，直接用ES6的方式。

我们先定义一个Base，然后定义一个Person继承Base，再定义一个Man继承Person。
也就是说，可以深层继承。

class Base {
  constructor (title) {
    this.title = '测试一下基类：' + title
  }

  baseFun1(info) {
    console.log('\n这是base的函数一，参数：', info, '\nthis：', this)
  }
}

class Person extends Base{
  constructor (title, age) {
    super(title)
    this.title = '人类：' + title
    this.age = age
  }

  personFun1(info) {
    console.log('\n这是base的函数一，参数：', info, '\nthis：', this)
  }
}


class Man extends Person {
  constructor (title, age, date) {
    super(title, age)
    this.title = '男人：' + title
    this.birthday = date
  }

  manFun3 (msg) {
    console.log('jim 的 this ===', this, msg)
  }
}

我们打印来看看结构：

实例的结构.png

  • 构造函数 constructor
    打印结果很清晰的表达了，构造函数就是我们定义的class。

  • 属性
    属性比较简单，统统都挂在 this 上面，而且是同一个级别。

  • 函数
    函数就有点复杂了，首先函数是分级别的，挂在每一级的原型上面。
    Base的函数（baseFun1），挂在Base的原型上面，_ _ proto__ 指向原型。
    Person的函数（PersonFun1），应该挂在Person的原型上面，但是打印结果似乎是，Base好像标错了位置。

  • 原型链
    Man的实例 > Man的原型 > Person的原型 > Base 的原型 > Object 的原型。
    通过 _ _ proto__ 连接了起来。

Man的实例 man1，可以通过这个“链条”，找到 baseFun1，直接用即可（man1.baseFun1()✔），
而不需要使用_ _ proto__（man1.__ proto__.__ proto__.__ proto__.baseFun1()✘）

这个和面对对象的继承是一样的效果。

prototype VS _ _ proto _ _

看上面两个大树，既有 prototype 又有 _ _ proto _ _，好乱的样子。那么怎么办呢？我们可以找一下规律：

  • prototype：
    prototype 是自己的原型，可以其原型可以是函数，也可以是对象。有各自的继承体系。

  • __ proto __ ：
    __ proto __ 指向上一级原型，并不是自己的，只是一个指针，方便使用父级的方法和属性。
    可以指向对象，也可以指向函数。

原型和原型链

组合 VS 继承

一提到面向对象，大家一般都会想到封装、继承、和多态。但是 JavaScript 却不是这个思路。
上面那颗大树看起来是继承的关系，Object.prototype 是基类，派生出来 Object.prototype、Function.prototype、string.prototype等。

但是其实这里面隐藏了组合的方式。

我们展开Object 来看看，就会发现自己进入了一个迷宫

object

object 的“特殊”的结构

看上面的图我们会发现，Object 并不像我们想象的那么简单，有很多的方法，我们随便找几个点开看看：

object展开三个函数

每一个函数都有自己的原型链（__ proto__），是不是有一种进入迷宫的感觉？我当初看的到时候就被吓退了，这都是个啥？

但是我们换个思路来理解，就清晰多了，那就是：组合代替继承！

Object 其实是由若干个函数组合而成。

其实，想一想，JavaScript 没有私有成员，所以各种细节都暴露出来了，所以我们可以看到原型，看到原型链，看到构造函数。

正是因为看到了这么多的细节，而以前又没有一个比较好的封装方式，所以看起来就特别的乱，理解起来也特别头疼。

总结

按照 JavaScript 的语法来总结，否则总感觉说不清楚。

  • 对象（xxx.prototype）

    • 对象的“根”是 Object.prototype，其上一级是null。
    • 对象只有_ _ proto__，指向上一级原型。
    • 对象没有 prototype，因为Object.prototype、String.prototype、Number.prototype等本身就是对象。通过 _ _ proto__寻找上一级原型。

  • 函数

    • 函数的“根”是 Function.prototype，其上一级是 Object.prototype。
    • 函数有prototype，（JavaScript 语法角度）Object、String、Function、Number 等都是函数，同时也是其原型的构造函数。
    • 函数有_ _ proto__，指向上一级函数。

  • 实例只有_ _ proto__ ，指向函数原型。

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