JavaScript探秘:强大的原型和原型链

JavaScript继承模型使用 prototypal 原型模型
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JavaScript 不包含传统的类继承模型,而是使用 prototypal 原型模型。虽然这经常被当作是 JavaScript 的缺点被提及,其实基于原型的继承模型比传统的类继承还要强大。实现传统的类继承模型是很简单,但是实现 JavaScript 中的原型继承则要困难的多。

由于 JavaScript 是唯一一个被广泛使用的基于原型继承的语言,所以理解两种继承模式的差异是需要一定时间的,今天我们就来了解一下原型和原型链。

原型

10年前,我刚学习JavaScript的时候,一般都是用如下方式来写代码:

var decimalDigits = 2,
	tax = 5;

function add(x, y) {
    return x + y;
}

function subtract(x, y) {
    return x - y;
}

//alert(add(1, 3));

通过执行各个function来得到结果,学习了原型之后,我们可以使用如下方式来美化一下代码。

原型使用方式1

在使用原型之前,我们需要先将代码做一下小修改:

var Calculator = function (decimalDigits, tax) {
    this.decimalDigits = decimalDigits;
    this.tax = tax;
};

然后,通过给Calculator对象的prototype属性赋值对象字面量来设定Calculator对象的原型。

Calculator.prototype = {
    add: function (x, y) {
        return x + y;
    },

    subtract: function (x, y) {
        return x - y;
    }
};
//alert((new Calculator()).add(1, 3));

这样,我们就可以new Calculator对象以后,就可以调用add方法来计算结果了。

原型使用方式2

第二种方式是,在赋值原型prototype的时候使用function立即执行的表达式来赋值,即如下格式:

Calculator.prototype = function () { } ();

它的好处在前面的帖子里已经知道了,就是可以封装私有的function,通过return的形式暴露出简单的使用名称,以达到public/private的效果,修改后的代码如下:

Calculator.prototype = function () {
    add = function (x, y) {
        return x + y;
    },

    subtract = function (x, y) {
        return x - y;
    }
    return {
        add: add,
        subtract: subtract
    }
} ();

//alert((new Calculator()).add(11, 3));

同样的方式,我们可以new Calculator对象以后调用add方法来计算结果了。

分步声明

上述使用原型的时候,有一个限制就是一次性设置了原型对象,我们再来说一下如何分来设置原型的每个属性吧。

var BaseCalculator = function () {
    //为每个实例都声明一个小数位数
    this.decimalDigits = 2;
};
        
//使用原型给BaseCalculator扩展2个对象方法
BaseCalculator.prototype.add = function (x, y) {
    return x + y;
};

BaseCalculator.prototype.subtract = function (x, y) {
    return x - y;
};

首先,声明了一个BaseCalculator对象,构造函数里会初始化一个小数位数的属性decimalDigits,然后通过原型属性设置2个function,分别是add(x,y)和subtract(x,y),当然你也可以使用前面提到的2种方式的任何一种,我们的主要目的是看如何将BaseCalculator对象设置到真正的Calculator的原型上。

var BaseCalculator = function() {
    this.decimalDigits = 2;
};

BaseCalculator.prototype = {
    add: function(x, y) {
        return x + y;
    },
    subtract: function(x, y) {
        return x - y;
    }
};

创建完上述代码以后,我们来开始:

var Calculator = function () {
    //为每个实例都声明一个税收数字
    this.tax = 5;
};
        
Calculator.prototype = new BaseCalculator();

我们可以看到Calculator的原型是指向到BaseCalculator的一个实例上,目的是让Calculator集成它的add(x,y)和subtract(x,y)这2个function,还有一点要说的是,由于它的原型是BaseCalculator的一个实例,所以不管你创建多少个Calculator对象实例,他们的原型指向的都是同一个实例。

var calc = new Calculator();
alert(calc.add(1, 1));
//BaseCalculator 里声明的decimalDigits属性,在 Calculator里是可以访问到的
alert(calc.decimalDigits); 

上面的代码,运行以后,我们可以看到因为Calculator的原型是指向BaseCalculator的实例上的,所以可以访问他的decimalDigits属性值,那如果我不想让Calculator访问BaseCalculator的构造函数里声明的属性值,那怎么办呢?这么办:

var Calculator = function () {
    this.tax= 5;
};

Calculator.prototype = BaseCalculator.prototype;

通过将BaseCalculator的原型赋给Calculator的原型,这样你在Calculator的实例上就访问不到那个decimalDigits值了,如果你访问如下代码,那将会提升出错。

var calc = new Calculator();
alert(calc.add(1, 1));
alert(calc.decimalDigits);

重写原型

在使用第三方JS类库的时候,往往有时候他们定义的原型方法是不能满足我们的需要,但是又离不开这个类库,所以这时候我们就需要重写他们的原型中的一个或者多个属性或function,我们可以通过继续声明的同样的add代码的形式来达到覆盖重写前面的add功能,代码如下:

//覆盖前面Calculator的add() function 
Calculator.prototype.add = function (x, y) {
    return x + y + this.tax;
};

var calc = new Calculator();
alert(calc.add(1, 1));

这样,我们计算得出的结果就比原来多出了一个tax的值,但是有一点需要注意:那就是重写的代码需要放在最后,这样才能覆盖前面的代码。

原型链

在将原型链之前,我们先上一段代码:

function Foo() {
    this.value = 42;
}
Foo.prototype = {
    method: function() {}
};

function Bar() {}

// 设置Bar的prototype属性为Foo的实例对象
Bar.prototype = new Foo();
Bar.prototype.foo = 'Hello World';

// 修正Bar.prototype.constructor为Bar本身
Bar.prototype.constructor = Bar;

var test = new Bar() // 创建Bar的一个新实例

// 原型链
test [Bar的实例]
    Bar.prototype [Foo的实例] 
        { foo: 'Hello World' }
        Foo.prototype
            {method: ...};
            Object.prototype
                {toString: ... /* etc. */};

上面的例子中,test 对象从 Bar.prototype 和 Foo.prototype 继承下来;因此,它能访问 Foo 的原型方法 method。同时,它也能够访问那个定义在原型上的 Foo 实例属性 value。需要注意的是 new Bar() 不会创造出一个新的 Foo 实例,而是重复使用它原型上的那个实例;因此,所有的 Bar 实例都会共享相同的 value 属性。

属性查找

当查找一个对象的属性时,JavaScript 会向上遍历原型链,直到找到给定名称的属性为止,到查找到达原型链的顶部 - 也就是 Object.prototype - 但是仍然没有找到指定的属性,就会返回 undefined,我们来看一个例子:

function foo() {
    this.add = function (x, y) {
        return x + y;
    }
}

foo.prototype.add = function (x, y) {
    return x + y + 10;
}

Object.prototype.subtract = function (x, y) {
    return x - y;
}

var f = new foo();
alert(f.add(1, 2)); //结果是3,而不是13
alert(f.subtract(1, 2)); //结果是-1

通过代码运行,我们发现subtract是安装我们所说的向上查找来得到结果的,但是add方式有点小不同,这也是我想强调的,就是属性在查找的时候是先查找自身的属性,如果没有再查找原型,再没有,再往上走,一直插到Object的原型上,所以在某种层面上说,用 for in语句遍历属性的时候,效率也是个问题。

还有一点我们需要注意的是,我们可以赋值任何类型的对象到原型上,但是不能赋值原子类型的值,比如如下代码是无效的:

function Foo() {}
Foo.prototype = 1; // 无效

hasOwnProperty函数

hasOwnProperty是Object.prototype的一个方法,它可是个好东西,他能判断一个对象是否包含自定义属性而不是原型链上的属性,因为hasOwnProperty 是 JavaScript 中唯一一个处理属性但是不查找原型链的函数。

// 修改Object.prototype
Object.prototype.bar = 1; 
var foo = {goo: undefined};

foo.bar; // 1
'bar' in foo; // true

foo.hasOwnProperty('bar'); // false
foo.hasOwnProperty('goo'); // true

只有 hasOwnProperty 可以给出正确和期望的结果,这在遍历对象的属性时会很有用。 没有其它方法可以用来排除原型链上的属性,而不是定义在对象自身上的属性。

但有个恶心的地方是:JavaScript 不会保护 hasOwnProperty 被非法占用,因此如果一个对象碰巧存在这个属性,就需要使用外部的 hasOwnProperty 函数来获取正确的结果。

var foo = {
    hasOwnProperty: function() {
        return false;
    },
    bar: 'Here be dragons'
};

foo.hasOwnProperty('bar'); // 总是返回 false

// 使用{}对象的 hasOwnProperty,并将其上下为设置为foo
{}.hasOwnProperty.call(foo, 'bar'); // true

当检查对象上某个属性是否存在时,hasOwnProperty 是唯一可用的方法。同时在使用 for in loop 遍历对象时,推荐总是使用 hasOwnProperty 方法,这将会避免原型对象扩展带来的干扰,我们来看一下例子:

// 修改 Object.prototype
Object.prototype.bar = 1;

var foo = {moo: 2};
for(var i in foo) {
    console.log(i); // 输出两个属性:bar 和 moo
}

我们没办法改变for in语句的行为,所以想过滤结果就只能使用hasOwnProperty 方法,代码如下:

// foo 变量是上例中的
for(var i in foo) {
    if (foo.hasOwnProperty(i)) {
        console.log(i);
    }
}

这个版本的代码是唯一正确的写法。由于我们使用了 hasOwnProperty,所以这次只输出 moo。如果不使用 hasOwnProperty,则这段代码在原生对象原型(比如 Object.prototype)被扩展时可能会出错。

总结:推荐使用 hasOwnProperty,不要对代码运行的环境做任何假设,不要假设原生对象是否已经被扩展了。

总结

原型极大地丰富了我们的开发代码,但是在平时使用的过程中一定要注意上述提到的一些注意事项。

延伸阅读

此文章所在专题列表如下:

  1. 我们应该如何去了解JavaScript引擎的工作原理
  2. JavaScript探秘:编写可维护的代码的重要性
  3. JavaScript探秘:谨慎使用全局变量
  4. JavaScript探秘:var预解析与副作用
  5. JavaScript探秘:for循环(for Loops)
  6. JavaScript探秘:for-in循环(for-in Loops)
  7. JavaScript探秘:Prototypes强大过头了
  8. JavaScript探秘:eval()是“魔鬼”
  9. JavaScript探秘:用parseInt()进行数值转换
  10. JavaScript探秘:基本编码规范
  11. JavaScript探秘:函数声明与函数表达式
  12. JavaScript探秘:命名函数表达式
  13. JavaScript探秘:调试器中的函数名
  14. JavaScript探秘:JScript的Bug
  15. JavaScript探秘:JScript的内存管理
  16. JavaScript探秘:SpiderMonkey的怪癖
  17. JavaScript探秘:命名函数表达式替代方案
  18. JavaScript探秘:对象Object
  19. JavaScript探秘:原型链 Prototype chain
  20. JavaScript探秘:构造函数 Constructor
  21. JavaScript探秘:可执行的上下文堆栈
  22. 执行上下文其一:变量对象与活动对象
  23. 执行上下文其二:作用域链 Scope Chains
  24. 执行上下文其三:闭包 Closures
  25. 执行上下文其四:This指针
  26. JavaScript探秘:强大的原型和原型链
  27. JavaScript函数其一:函数声明
  28. JavaScript函数其二:函数表达式
  29. JavaScript函数其三:分组中的函数表达式
  30. JavaScript函数其四:函数构造器
  31. JavaScript变量对象其一:VO的声明
  32. JavaScript变量对象其二:VO在不同的执行上下文中
  33. JavaScript变量对象其三:执行上下文的两个阶段
  34. JavaScript变量对象其四:关于变量
  35. JavaScript变量对象其五:__parent__ 属性
  36. JavaScript作用域链其一:作用域链定义
  37. JavaScript作用域链其二:函数的生命周期
  38. JavaScript作用域链其三:作用域链特征
  39. JavaScript闭包其一:闭包概论
  40. JavaScript闭包其二:闭包的实现
  41. JavaScript闭包其三:闭包的用法

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