JavaScript的面向对象原理之原型链详解

一、引言

在16年的10月份，在校内双选会找前端实习的时候，hr问了一个问题：JavaScript的面向对象理解吗？我张口就说“JavaScript是基于原型的！”。然后就没什么好说的了，hr可能不知道原型，我也解释不了，因为我也就知道这一点而已，至于JavaScript到底面不面向对象，如何基于原型的，我都不太清楚。最近又开始找工作了，在掘金看到面试题就赶快看一下，可是一些代码却使我更加的困惑了，决定深入认真地学习一下JavaScipt面向对象的知识，花了几天的时间看了MDN上的Javacript对象相关的内容仍存疑惑，于是求助于那本有名的书：《You-Dont-Know-JS》的一章 “this & Object Prototypes”链接在最下面（Github上的英文版），我的疑惑也得到了解答，这个过程也是有点痛并快乐着的，写下这篇博客与大家分享一下自己的收获。

二、JavaScript的对象

为了能够清楚的解释这一切，我先从对象讲起。从其他面向对象语言（如Java）而来的人可能认为在JS里的对象也是由类来实例化出来的，并且是由属性和方法组成的。

实际上在JS里并不是如你所想（我开始是这么想的）那样，对象或直接称为object，实际上只是一些映射对的集合，像Map，字典等概念。JS里有大概7种类型（加上Symbol），数字、字符串、null、undefined、布尔、Symbol、对象。除对象以外的其他类型属于原始类型，就是说它们比较单纯，包含的东西比较少，基本上就是字面量所表示的那些（像C语言中的一些类型，就是占那么多空间，没有其他的东西）。object基本上是一些键值对的集合，属于引用类型，即是有一个名字去指向它来供别人使用的，就好像比较重的东西你拿不动，而只是拿了张记录东西所在地的纸条。所以当A对象里嵌套了B对象，仅表示A里面有一个引用指向了B，并不是真正把B包含在A里面，虽然看起来是这样（尤其是从对象的字面量上来看），所以才会有所谓的深拷贝与浅拷贝。

有句话叫“JavaScript里一切皆对象”，是因为在很多情况下原始类型会被自动的转为对象，而函数实际上也是对象，这样这句话看起来就很有道理了。

说明对象的本质是为了正确地认识对象，因为这关系到后面的理解。

三、原型也是对象

JS的世界里有一些对象叫原型，如果你有所怀疑，你可以在chrome终端下打出以下代码来验证它的存在：

console.log(Object.prototype); //你可以理解prototype是指向原型的引用

和 console.log(typeof Object.prototype);//object

在看看：

console.log(typeof {}.prototype);//undefined

为什么空对象{}没有prototype对象呢，事实上prototype只是函数对象的一个属性，而Array、Object却是都是函数，而不是对象或者类（class）:

console.log(typeof Object);//function

四、函数，特殊的对象

为什么JS里没有函数这样一种类型，而typeof输出的却是function，即JS把函数也看成了一种类型，这揭示了函数作为一种特殊对象的地位的超然性。

function foo(){console.log('inner foo');};

console.log(typeof foo);//function

console.log(typeof []);//object

与数组这种内建对象相比，说明了函数的地位非比寻常，实际上函数在JS中地位是一等的（或者说大家是平等的），函数可以在参数中传递也说明了这一点，这使得JS具备了一些属于函数式语言的特性。

函数与普通对象的地位相等，使得函数中的"this"关键字极具迷惑性，可能很多人都知道了，this指向的是函数在运行时的上下文，既不是函数对象本身，也不是函数声明时所在作用域，具体是如何指向某个对象的就不在本文的讨论范畴了，感兴趣的可以去看《You-Dont-Know-JS》。

查看如下代码的输出结果：

console.log(foo.prototype);

可以看出foo.prototype是一个大概有两个属性的对象：constructor和__proto__。

console.log(foo.prototype.constructor === foo);//true

可以看出一个函数的原型的constructor属性指向的是函数本身，你可以换成内建的一些函数：Object、String、Number，都是这样的。

在观察foo.prototype的__proto__之前，先考察下面看起来很面向对象的几行代码：

var fooObj = new foo();//inner foo

console.log(fooObj);//看得到，fooObj也有一个__proto__的属性，那么__proto__是什么呢，

console.log(fooObj.__proto__ === foo.prototype);//true

你知道了，对象的__proto__会指向其“构造函数”的prototype（先称之为构造函数）。

new 的作用实际上是，新创建一个对象，在这个对象上调用new关键字后面的函数（this指向此对象，虽然这里没有用到），并将对象的__proto__指向了函数的原型，返回这个对象！

为了便于理解以上的内容，我画了这张图：

 

用绿色表明了重点：foo.prototype，同时函数声明可以这样声明：

var bar = new Function("console.log('inner bar');");

猜测console.log(foo.__proto__ === Function.prototype);输出为true；

的确如此，于是再向图片中加入一些东西：

看起来越来越复杂了，还是没有讲到foo.prototype的__proto__指向那里。

五、原型链的机制

如果把prototype对象看成是一个普通对象的话，那么依据上面得到的规律：

console.log(foo.prototype.__proto__ === Object.prototype);//true

是这样的，重新看一个更常见的例子：

function Person(name){
    this.name = name;
    var label = 'Person';
}

Person.prototype.nickName = 'PersonPrototype';

var p1 = new Person('p1');

console.log(p1.name);//p1
console.log(p1.label);//undefined
console.log(p1.nickName);//PersonPrototype

先从图上来看一下上面这些对象的关系：

为什么p1.nickName会输出PersonPrototype，这是JS的内在的原型链机制，当访问一个对象的属性或方法时，JS会沿着__proto__指向的这条链路从下往上寻找，找不到就是undefined，这些原型链即图中彩色的线条。

六、面向对象的语法

把JS中面向对象的语法的内容放到靠后的位置，是为了不给读者造成更大的疑惑，因为只有明白了原型及原型链，这些语法的把戏你才能一目了然。

面向对象有三大特性：封装、继承、多态

封装即隐藏对象的一些私有的属性和方法，JS中通过设置对象的getter，setter方法来拦截你不想被访问到的属性或方法，具体有关对象的内部的东西限于篇幅就不再赘述。

继承是一个面向对象的语言看起来很有吸引力的特性，之前看一些文章所谓的JS实现继承的多种方式，只会使人更加陷入JS面向对象所造成的迷惑之中。

从原型链的机制出发来谈继承，加入Student要继承Person，那么应当使Sudent.prototype.__proto__指向Person.prototype。

所以借助于__proto__实现继承如下：

function Person(name){
    this.name = name;
    var label = 'Person';
}

Person.prototype.nickName = 'PersonPrototype';

Person.prototype.greet = function(){
    console.log('Hi! I am ' + this.name);
}

function Student(name,school){
    this.name = name;
    this.school = school;
    var label = 'Student';
}

Student.prototype.__proto__ = Person.prototype;19 
var p1 = new Person('p1');
var s1 = new Student('s1','USTB');
p1.greet();//Hi! I am p1
s1.greet();//Hi! I am s1

这时的原型链如图所示：

多态意味着同名方法的实现依据类型有所改变，在JS中只需要在“子类”Student的prototype定义同名方法即可，因为原型链是单向的，不会影响上层的原型。

Student.prototype.greet = function()
{
    console.log('Hi! I am ' + this.name + ',my school is ' + this.school);
};
s1.greet();//Hi! I am s1,my school is USTB

为什么Student和Person的prototype会有constructor指向函数本身呢，这是为了当你访问p1.constructor时会指向Person函数，即构造器（不过没什么实际意义），还有一个极具迷惑性的运算符：instanceof，

instanceof从字面意上来说就是判断当前对象是否是后面的实例， 实际上其作用是判断一个函数的原型是否在对象的原型链上：

s1 instanceof Student;//true
s1 instanceof Person;//true
s1 instanceof Object;//true

ES6新增的语法使用了 class 和extends来使得你的代码更加的“面向对象”:

class Person{
    constructor(name){
        this.name = name;
    }

    greet(){
        console.log('Hello, I am ' + this.name);
    }
}

class Student extends Person{
    constructor(name, school){
        super(name);
        this.school = school;
    }

    greet(){
        console.log('Hello, I am '+ this.name + ',my school is ' + this.school);
    }
}

let p1 = new Person('p1');
let s1 = new Student('s1', 'USTB');
p1.greet();//Hello, I am p1
p1.constructor === Person;//true
s1 instanceof Student;//true
s1 instanceof Person;//true
s1.greet();//Hello, I am s1my school is USTB

super这个关键字用来引用“父类”的constructor函数，我是很怀疑这可能是上面所说的__proto__继承方式的语法糖，不过没有看过源码，并不清楚哈。

你肯定已经清楚地明白了JavaScript是如何“面向对象”的了，讽刺地讲，JavaScript不仅名字上带了Java，现在就连语法也要看起来像Java了，不过这种掩盖自身语言实现的真实特性，来伪装成面向对象的语法只会使得JavaScript更令人迷惑和难以排查错误。

七、另一种方式

事实上，总有些事情被许多人搞得复杂，繁琐。在《You-Dont-Know-JS》一书中，提供了另一种组织代码的方式，抛去传统面向对象风格语法带来的复杂的函数原型链，代之以简单对象组成的原型链，称其为行为委托（Behavior Delegation）。

var Person = {
    init: function(name){
        this.name = name;
    },
    greet: function(){
        console.log('I am ' + this.name);
    }
}


var Student = Object.create(Person);

Student.init = function(name, school){
    Person.init.call(this, name);
    this.school = school;
}

Student.greet = function(){
    console.log('I am '+ this.name + ',my school is ' + this.school);
}

var p1 = Object.create(Person);
var s1 = Object.create(Student);
p1.init('p1');
p1.greet();//I am p1
s1.init('s1','USTB');
s1.greet();//I am s1,my school is USTB

Object.create的作用是以某一对象为原型来创建新的对象，可以简单理解为向下扩展原型链的功能，即生成了一个__proto__指向源对象的新对象。

原型链如图所示：

只是使用了一些对象，实现了和之前代码的同样的功能，并且具有更加简单清晰的原型链，每个对象之间的关系一目了然，没有了烦人的prototype，简单的原型链能使你更容易分析自己的代码，找出错误所在。

两种组织代码的方式孰优孰劣，大体上是看得出来的，只是面向对象的语法可能看起来使人更熟悉，但我相信不明白具体内在的人一定会迷惑的。

八、总结

没有其他一门语言像JavaScript一样会在语法层面上给人带来极大的困惑，我想大概是因为JS不仅是原型与函数式的混合（已经够糟糕了），其还千方百计地伪装成基于类的“面向对象”的语言，而且一些关键词的含义与行为不符。

写这篇文章大概耗费了我5天的时间和不少心血，但这个探索JS内在机制的过程是令人兴奋的，虽不至于深入到JS的本质，这是一种新奇的体验，同时也使我明白了以后如何去了解一门新接触的语言，透过语言的语法，看出使用某一门语言时的抽象化工作该如何去做，这其实体现了编程语言制造者的思维。

 

参考文献：

《You-Dont-Know-JS》 this & Object Prototypes一章 https://github.com/getify/You-Dont-Know-JS/tree/master/this%20%26%20object%20prototypes

 MDN JavaScript对象入门 https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Learn/JavaScript/Objects