JavaScript: 继承

继承是 OO 语言中一个最为人津津乐道的概念。许多 OO 语言都支持两种继承方式：接口继承和实现继承。

接口继承只继承方法签名，而实现继承则继承实际的方法。

由于函数没有签名，在 ECMAScript 中无法实现接口继承。ECMAScript 只支持实现继承，而且实现继承主要是依靠原型链来实现的。

1. 原型链

ECMAScript 中描述了原型链的概念，并将原型链作为实现继承的主要方法。其基本思想是利用原型让一个引用类型继承另一个引用类型的属性和方法。

构造函数、原型和实例的关系：每个构造函数都有一个原型对象，原型对象都包含一个指向构造函数的指针，而实例都包含一个指向原型对象的内部指针。

那么，假如我们让原型对象等于另一个类型的实例，结果会怎样？显然，此时的原型对象将包含一个指向另一个原型的指针（[[Prototype]]），相应的，另一个原型中也包含着一个指向另一个构造函数的指针。假如另一个原型又是另一个类型的实例，那么上述关系依然成立，如此层次递进，就构成了实例与原型链的链条。这就是所谓原型链的基本概念。

实现原型链的基本模式：

function SuperType(){
    this.property = true;
}

SuperType.prototype.getSuperValue = function(){
    return this.property;
};
function SubType(){
    this.subproperty = false;
}
//继承了SuperType
SubType.prototype = new SuperType();
SubType.prototype.getSubValue = function (){
    return this.subproperty;
};
var instance = new SubType();
alert(instance.getSuperValue()); //true

实例、构造函数和原型的关系如下图：

以上代码定义了两个类型：SuperType 和 SubType。每个类型分别有一个属性和一个方法。它们的主要区别是 SubType 继承了 SuperType，而继承是通过创建 SuperType 的实例，并将该实例赋给 SubType.prototype 实现的。实现的本质是重写原型对象，代之以一个新类型的实例。换句话说，原来存在于 SuperType 的实例中的所有属性和方法，现在也存在于 SubType.prototype 中了。

在上面代码中，我们没有使用 SubType 默认提供的原型，而是给它换了一个新原型：这个新原型就是 SuperType 的实例。于是，新原型不仅具有作为一个 SuperType 的实例所拥有的全部属性和方法，而且内部还有一个指针，指向了 SuperType 的原型。最终结果就是是这样：instance 指向 SubType 的原型（新原型，而非默认原型），SubType 的原型又指向 SuperType 的原型。getSuperValue() 方法仍然还在 SuperType.prototype 中，但 property 则位于 SubType.prototype 中。这是因为 property 是一个实例属性，而 getSuperType() 则是一个原型方法。既然 SubType.prototype 现在是 SuperType 的实例，那么 property 当然就位于该实例中了。此外，要注意 instance.constructor 现在指向 SuperType，这是因为原来的 SubType.prototype 中的 constructor 被重写了的缘故。

在通过原型链实现继承的情况下，搜索属性的过程就得一沿着原型链继续向上。例如，调用 instance.getSuperValue() 会经理三个搜索步骤：1）搜索实例；2）搜索 SubType.prototype；3）搜索 SuperType.prototype，最后一步才会找到该方法。在找不到属性或方法的情况下，搜索过程总是要一环一环地前行到原型链末端才会停下来。

1.1 别忘记默认的原型

事实上，前面例子中展示的原型链还少一环。我们知道，所有引用类型默认都继承了 Object，而这个继承也是通过原型链实现的。所有函数的默认原型都是 Object 的实例，因此默认原型都会包含一个内部指针，指向 Object.prototype。这也是所有自定义类型都会继承 toString()、valueOf() 等默认方法的根本原因。下图展示了该例子中完整的原型链。

 一句话，SubType 继承了 SuperType，而 SuperType 继承了 Object。当调用 instance.toString() 时，实际上调用的是保存在 Object.prototype 中的那个方法。

1.2 确定原型和实例的关系

第一种方式是使用 instanceof 操作符，只要用这个操作符来测试实例与原型链中出现过的构造函数，结果就会返回 true。

alert(instance instanceof Object); //true
alert(instance instanceof SuperType); //true
alert(instance instanceof SubType); //true

第二种方式是使用 isPrototypeOf() 方法。同一，只要是原型链中出现过的原型，都可以说是该原型链所派生的实例的原型，因此 isPrototypeOf() 方法也会返回 true。

alert(Object.prototype.isPrototypeOf(instance)); //true
alert(SuperType.prototype.isPrototypeOf(instance)); //true
alert(SubType.prototype.isPrototypeOf(instance)); //true

1.3 谨慎的定义方法

子类型有时候需要重写超类型中的某个方法，或者需要添加超类型中不存在的某个方法。但不管怎样，给原型添加方法的代码一定要放在替换原型的语句之后。

function SuperType(){
    this.property = true;
}
SuperType.prototype.getSuperValue = function(){
    return this.property;
};
function SubType(){
    this.subproperty = false;
}
//继承了SuperType
SubType.prototype = new SuperType();
//添加新方法
SubType.prototype.getSubValue = function (){
    return this.subproperty;
};
//重写超类型中的方法
SubType.prototype.getSuperValue = function (){
    return false;
};
var instance = new SubType();
alert(instance.getSuperValue()); //false

// 必须在用 SuperType 的实例替换原型后，再定义这两个方法

还有一点很重要，即在通过原型链实现继承时，不能用对象字面量创建原型方法。因为这样就会重写原型链。

function SuperType(){
    this.property = true;
}
SuperType.prototype.getSuperValue = function(){
    return this.property;
};
function SubType(){
    this.subproperty = false;
}
//继承了SuperType
SubType.prototype = new SuperType();
//使用字面量添加新方法，会导致上一行代码无效；这样相当于给 SubType.prototype 赋予另一个对象实例（Object 实例），而非 SuperType 的实例
//因此我们设想中的原型链已经被切断——SubType 和 SuperType 之间已经没有关系了
SubType.prototype = {
getSubValue : function (){
    return this.subproperty;
},
someOtherMethod : function (){
    return false;
}
};
var instance = new SubType();
alert(instance.getSuperValue()); //error!

1.4 原型链的问题

原型链虽然很强大，可以用它来实现继承，但它也存在一些问题。其中，最主要的问题来自包含引用类型值的原型。包含引用类型值的原型属性会被所有实例共享；而这也正是为什么要在构造函数中，而不是在原型对象中定义属性的原因。但是，在通过原型来实现继承时，原型实际上会变成另一个类型的实例，于是原先的实例属性也就顺理成章的变成了现在的原型属性。下列代码可以说明这个问题：

function SuperType(){
    this.colors = ["red", "blue", "green"];
}
function SubType(){
}
//继承了SuperType
SubType.prototype = new SuperType();
var instance1 = new SubType();
instance1.colors.push("black");
alert(instance1.colors); //"red,blue,green,black"
var instance2 = new SubType();
alert(instance2.colors); //"red,blue,green,black"

 原型链的第二个问题是：在创建子类型的实例时，不能向超类型的构造函数中传递参数。实际上，应该说是没有办法在不影响所有对象实例的情况下，给超类型的构造函数传递参数。

因为以上两个问题，实践中很少会单独使用原型链。

2. 借用构造函数

在解决原型中包含引用类型值所带来的问题的过程中，开发人员开始使用一种叫做借用构造函数（constructor stealing）的技术（有时候也叫做伪造对象或经典继承）。基本思想是，在子类型构造函数的内部调用超类型构造函数。函数只不过是在特定环境中执行代码的对象，因此通过使用 apply() 和 call() 方法也可以在（将来）新创建的对象上执行构造函数，如下所示：

function SuperType(){
    this.colors = ["red", "blue", "green"];
}
function SubType(){
    //继承了SuperType，“借调”了超类型的构造函数
    SuperType.call(this); 
}
var instance1 = new SubType();
instance1.colors.push("black");
alert(instance1.colors); //"red,blue,green,black"
var instance2 = new SubType();
alert(instance2.colors); //"red,blue,green"

通过使用 call() 方法（或 apply() 方法也可以），我们实际上是在（未来将要）新创建的 SubType 实例的环境下调用了 SuperType 构造函数。这样一来，就会在新的 SubType 对象上执行 SuperType() 函数中定义的所有对象的初始化代码。结果，SubType 的每一个实例都会具有自己的 colors 属性的副本了。

2.1. 传递参数

相对于原型链而言，借用构造函数又一个很大的优势，即可以在子类型构造函数中像超类型构造函数传递参数：

function SuperType(name){
    this.name = name;
}
function SubType(){
    //继承了SuperType，同时还传递了参数
    SuperType.call(this, "Nicholas");
    //实例属性
    this.age = 29;
}
var instance = new SubType();
alert(instance.name); //"Nicholas";
alert(instance.age); //29

2.2 借用构造函数的问题

如果仅仅是借用构造函数，那么也将无法避免构造函数模式存在的问题——方法都在构造函数中定义，因此函数复用就无从谈起了。而且，在超类型的原型中定义的方法，对子类型而言也是不可见的，结果所有类型都只能使用构造函数模式。考虑到这些问题，借用构造函数的技术也是很少单独使用的。

3. 组合继承

组合继承（combination inheritance），有时候也叫做伪经典继承，指的是将原型链和借用构造函数的技术组合到一块，从而发挥二者之长的一种继承模式。其背后的思路是使用原型链实现对原型属性和方法的继承，而通过借用构造函数来实现对实例属性的继承。这样，既通过在原型上定义方法实现函数复用，又能保证每个实例都有它自己的属性。

function SuperType(name){
    this.name = name;
    this.colors = ["red", "blue", "green"];
}
SuperType.prototype.sayName = function(){
    alert(this.name);
};
function SubType(name, age){
    //继承超类型实例属性
    SuperType.call(this, name);
    //定义子类型实例属性
    this.age = age;
}
//继承超类型原型对象上的方法（和属性）
SubType.prototype = new SuperType();
SubType.prototype.constructor = SubType; //将子类型原型对象的constructor指针由SuperType重新指向SubType
//定义子类型原型对象上的方法（属性）
SubType.prototype.sayAge = function(){
    alert(this.age);
};
var instance1 = new SubType("Nicholas", 29);
instance1.colors.push("black");
alert(instance1.colors); //"red,blue,green,black"
instance1.sayName(); //"Nicholas";
instance1.sayAge(); //29
var instance2 = new SubType("Greg", 27);
alert(instance2.colors); //"red,blue,green"
instance2.sayName(); //"Greg";
instance2.sayAge(); //27

组合继承避免了原型链和借用构造函数的缺陷，融合了他们的优点，成为 JavaScript 中最常用的继承模式。而且，instanceof 和 isPrototypeOf() 也能够用于识别基于组合继承创建的对象。

4. 原型式继承

道格拉斯·克罗克福德在2006年写了一篇文章，题为 Prototypal Inheritance in JavaScript （JavaScript 中的原型式继承）。在这篇文章中，他介绍了一种实现继承的方法，这种方法并没有使用严格意义上的构造函数。他的想法是借助原型可以基于已有的对象创建新对象，同时还不必因此创建自定义类型。为了达到这个目的，他给出了如下函数：

function object(o){
    function F(){}
        F.prototype = o;
        return new F();
}

在 object() 函数的内部，先创建一个临时性的构造函数，然后将传入的对象作为这个构造函数的原型，最后返回了这个临时类型的一个新实例。从本质上讲，object() 对传入其中的对象执行了一次浅复制。看下面的例子：

var person = {
    name: "Nicholas",
    friends: ["Shelby", "Court", "Van"]
};
var anotherPerson = object(person);
anotherPerson.name = "Greg";
anotherPerson.friends.push("Rob");
var yetAnotherPerson = object(person);
yetAnotherPerson.name = "Linda";
yetAnotherPerson.friends.push("Barbie");
alert(person.friends); //"Shelby,Court,Van,Rob,Barbie"

克罗克福德主张的这种原型式继承，要求你必须有一个对象可以作为另一个对象的继承。如果有这么一个对象的话，可以把它传递给 object() 函数，然后再根据具体需求对得到的对象加以修改即可。

在这个例子中，person.friends 不仅属于 person 所有，而且会被 anotherperson 以及 yetAnotherPerson 共享。实际上，这就相当于又创建了person 对象的两个副本。

ECMAScript 5通过新增 Object.create() 方法规范了原型式继承。这个方法接收两个参数：一个勇做新对象原型的对象，和一个为新对象定义额外属性的对象（可选的）。在传入一个参数的情况下，Object.create() 与 Object() 方法的行为相同。

var person = {
    name: "Nicholas",
    friends: ["Shelby", "Court", "Van"]
};
var anotherPerson = Object.create(person);
anotherPerson.name = "Greg";
anotherPerson.friends.push("Rob");
var yetAnotherPerson = Object.create(person);
yetAnotherPerson.name = "Linda";
yetAnotherPerson.friends.push("Barbie");
alert(person.friends); //"Shelby,Court,Van,Rob,Barbie"

Object.create() 方法的第二个参数与 Object.defineProperties() 方法的第二个而参数格式相同：每个属性都是通过自己的描述符定义的。以这种方式指定的任何属性都会覆盖原型对象上的同名属性。例如：

var person = {
    name: "Nicholas",
    friends: ["Shelby", "Court", "Van"]
};

var anotherPerson = Object.create(person, {
　　name: {
　　　　value: "Greg"
　　　　}
});
alert(anotherPerson.name); //"Greg"

在没有必要兴师动众地创建构造函数，而只想让一个对象与另一个对象保持类似的情况下，原型式继承是完全可以胜任的。不过别忘了，包含引用类型的值的属性始终都会共享相应的值，就像使用原型模式一样。

5. 寄生式继承

寄生式（parasitic）继承是与原型式继承紧密相关的一种思路，并且同样是由克罗克福德推而广之的。寄生式继承的思路与寄生构造函数和工厂模式类似，即创建一个仅用于封装继承过程的函数，该函数在内部以某种方式来增强对象，最后再像真地是它做了所有工作一样返回对象。

function createAnother(original){
    var clone = object(original); //通过调用函数创建一个新对象
    clone.sayHi = function(){ //以某种方式来增强这个对象
        alert("hi");
    };
    return clone; //返回这个对象
}

可以像下面这样来使用 createAnother() 函数：

var person = {
    name: "Nicholas",
    friends: ["Shelby", "Court", "Van"]
};
var anotherPerson = createAnother(person);
anotherPerson.sayHi(); //"hi"

新对象 anotherPerson 不仅具有 person 的所有属性和方法，而且还有自己的 sayHi() 方法。

在主要考虑对象而不是自定义类型和构造函数的情况下，寄生式继承也是一种有用的模式。前面师范继承模式式使用的 object() 函数不是必须的；任何能够返回新对象的函数都适用此模式。

使用寄生式继承来为对象添加函数，会由于不能做到函数复用而降低效率；这一点与构造函数模式类似。

实际上，不仅仅是不能够函数复用，并且所有实例都共享引用类型的属性。

6. 寄生组合式继承

前面说过，组合继承是 JavaScript 最常用的继承模式；不过，它也有自己的不足。组合继承最大的问题就是无论什么情况下，都会调用两次超类型构造函数：一次是在创建子类型原型的时候，另一次是在子类型构造函数内部。没错，子类型最终会包含超类型对象的全部实力属性，但我们不得不在调用子类型构造函数时重写这些属性。再来看一看下面组合继承的例子：

function SuperType(name){
    this.name = name;
    this.colors = ["red", "blue", "green"];
}
SuperType.prototype.sayName = function(){
    alert(this.name);
};
function SubType(name, age){
    SuperType.call(this, name); //第二次调用SuperType()
    this.age = age;
}
SubType.prototype = new SuperType(); //第一次调用SuperType()
SubType.prototype.constructor = SubType;
SubType.prototype.sayAge = function(){
    alert(this.age);
};

在第一调用 SuperType 构造函数时，SubType.prototype 会得到两个属性：name 和 colors；它们都是 SuperType 的实例属性，只不过现在位于 SubType的原型中。当调用 SubType 构造函数时，又会调用一次 SuperType 构造函数，这一次又在新对象上创建了实例属性 name 和 colors。于是，这两个属性就屏蔽了原型中的两个同名属性。下图展示了上述过程：

如上图所示，有两组 name 和 colors 属性：一组在实例上，一组在 SubType 原型中。这就是调用两次 SuperType 构造函数的结果。解决这个问题的方法——寄生组合式继承。

所谓寄生组合式继承，即通过借用构造函数来继承属性，通过原型链的混成方式来继承方法。其背后的基本思路是：不必为了指定子类型的原型而调用超类型的构造函数，我们需要的无非就是超类型原型的一个副本而已。本质上，就是使用寄生式继承来继承超类型的原型，然后再将结果指定给子类型的原型。寄生组合式继承的基本模式如下：

function inheritPrototype(subType, superType){
    var prototype = object(superType.prototype); //创建对象
    prototype.constructor = subType; //增强对象
    subType.prototype = prototype; //指定对象
}

这个示例中的 inheritPrototype() 函数实现了寄生组合式继承的最简单形式。这个函数接收两个参数：子类型构造函数和超类型构造函数。在函数内部，第一步是创建超类型原型的一个副本。第二步是为创建的副本添加 constructor 属性，从而弥补因重写原型而失去的默认的 constructor 属性。最后一步，将创建的对象（即副本）赋值给子类型的原型。这样我们可以调用 inheritPrototype() 函数的语句，去替换前面例子中为子类型原型赋值的语句了，例如：

function SuperType(name){
    this.name = name;
    this.colors = ["red", "blue", "green"];
}
SuperType.prototype.sayName = function(){
    alert(this.name);
};
function SubType(name, age){
    SuperType.call(this, name);
    this.age = age;
}
inheritPrototype(SubType, SuperType);
SubType.prototype.sayAge = function(){
    alert(this.age);
};

这个例子的高效率体现在它只调用了一次 SuperType 构造函数，并且因此避免了在 SubType.prototype 上面创建不必要的多余的属性。与此同时，原型链还能保持不变；因此，还能够正常使用 instanceof 和 isPrototypeOf()。

普遍认为寄生组合式继承是引用类型最理想的继承范式。