prototype 对象

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大部分面向对象的编程语言,都是以“类”(class)作为对象体系的语法基础。JavaScript 语言不是如此,它的面向对象编程基于“原型对象”。

概述

构造函数的缺点

JavaScript 通过构造函数生成新对象,因此构造函数可以视为对象的模板。实例对象的属性和方法,可以定义在构造函数内部。

function Cat (name, color) {
  this.name = name;
  this.color = color;
}

var cat1 = new Cat('大毛', '白色');

cat1.name // '大毛'
cat1.color // '白色'

上面代码的Cat函数是一个构造函数,函数内部定义了name属性和color属性,所有实例对象都会生成这两个属性。但是,这样做是对系统资源的浪费,因为同一个构造函数的对象实例之间,无法共享属性。

function Cat(name, color) {
  this.name = name;
  this.color = color;
  this.meow = function () {
    console.log('mew, mew, mew...');
  };
}

var cat1 = new Cat('大毛', '白色');
var cat2 = new Cat('二毛', '黑色');

cat1.meow === cat2.meow
// false

上面代码中,cat1cat2是同一个构造函数的实例。但是,它们的meow方法是不一样的,就是说每新建一个实例,就会新建一个meow方法。这既没有必要,又浪费系统资源,因为所有meow方法都是同样的行为,完全应该共享。

prototype 属性的作用

JavaScript 的每个对象都继承另一个对象,后者称为“原型”(prototype)对象。只有null除外,它没有自己的原型对象。

原型对象上的所有属性和方法,都能被派生对象共享。这就是 JavaScript 继承机制的基本设计。

通过构造函数生成实例对象时,会自动为实例对象分配原型对象。每一个构造函数都有一个prototype属性,这个属性就是实例对象的原型对象。

function Animal (name) {
  this.name = name;
}

Animal.prototype.color = 'white';

var cat1 = new Animal('大毛');
var cat2 = new Animal('二毛');

cat1.color // 'white'
cat2.color // 'white'

上面代码中,构造函数Animalprototype对象,就是实例对象cat1cat2的原型对象。在原型对象上添加一个color属性。结果,实例对象都能读取该属性。

原型对象的属性不是实例对象自身的属性。只要修改原型对象,变动就立刻会体现在所有实例对象上。

Animal.prototype.color = 'yellow';

cat1.color // "yellow"
cat2.color // "yellow"

上面代码中,原型对象的color属性的值变为yellow,两个实例对象的color属性立刻跟着变了。这是因为实例对象其实没有color属性,都是读取原型对象的color属性。也就是说,当实例对象本身没有某个属性或方法的时候,它会到构造函数的prototype属性指向的对象,去寻找该属性或方法。这就是原型对象的特殊之处。

如果实例对象自身就有某个属性或方法,它就不会再去原型对象寻找这个属性或方法。

cat1.color = 'black';

cat2.color // 'yellow'
Animal.prototype.color // "yellow";

上面代码中,实例对象cat1color属性改为black,就使得它不再去原型对象读取color属性,后者的值依然为yellow

总结一下,原型对象的作用,就是定义所有实例对象共享的属性和方法。这也是它被称为原型对象的原因,而实例对象可以视作从原型对象衍生出来的子对象。

Animal.prototype.walk = function () {
  console.log(this.name + ' is walking');
};

上面代码中,Animal.prototype对象上面定义了一个walk方法,这个方法将可以在所有Animal实例对象上面调用。

由于 JavaScript 的所有对象都有构造函数(只有null除外),而所有构造函数都有prototype属性(其实是所有函数都有prototype属性),所以所有对象都有自己的原型对象。

原型链

对象的属性和方法,有可能是定义在自身,也有可能是定义在它的原型对象。由于原型本身也是对象,又有自己的原型,所以形成了一条原型链(prototype chain)。比如,a对象是b对象的原型,b对象是c对象的原型,以此类推。

如果一层层地上溯,所有对象的原型最终都可以上溯到Object.prototype,即Object构造函数的prototype属性指向的那个对象。那么,Object.prototype对象有没有它的原型呢?回答可以是有的,就是没有任何属性和方法的null对象,而null对象没有自己的原型。

Object.getPrototypeOf(Object.prototype)
// null

上面代码表示,Object.prototype对象的原型是null,由于null没有任何属性,所以原型链到此为止。

“原型链”的作用是,读取对象的某个属性时,JavaScript 引擎先寻找对象本身的属性,如果找不到,就到它的原型去找,如果还是找不到,就到原型的原型去找。如果直到最顶层的Object.prototype还是找不到,则返回undefined

如果对象自身和它的原型,都定义了一个同名属性,那么优先读取对象自身的属性,这叫做“覆盖”(overriding)。

需要注意的是,一级级向上,在原型链寻找某个属性,对性能是有影响的。所寻找的属性在越上层的原型对象,对性能的影响越大。如果寻找某个不存在的属性,将会遍历整个原型链。

举例来说,如果让某个函数的prototype属性指向一个数组,就意味着该函数可以当作数组的构造函数,因为它生成的实例对象都可以通过prototype属性调用数组方法。

var MyArray = function () {};

MyArray.prototype = new Array();
MyArray.prototype.constructor = MyArray;

var mine = new MyArray();
mine.push(1, 2, 3);

mine.length // 3
mine instanceof Array // true

上面代码中,mine是构造函数MyArray的实例对象,由于MyArrayprototype属性指向一个数组实例,使得mine可以调用数组方法(这些方法定义在数组实例的prototype对象上面)。至于最后那行instanceof表达式,我们知道instanceof运算符用来比较一个对象是否为某个构造函数的实例,最后一行就表示mineArray的实例。

下面的代码可以找出,某个属性到底是原型链上哪个对象自身的属性。

function getDefiningObject(obj, propKey) {
  while (obj && !{}.hasOwnProperty.call(obj, propKey)) {
    obj = Object.getPrototypeOf(obj);
  }
  return obj;
}

constructor 属性

prototype对象有一个constructor属性,默认指向prototype对象所在的构造函数。

function P() {}

P.prototype.constructor === P
// true

由于constructor属性定义在prototype对象上面,意味着可以被所有实例对象继承。

function P() {}
var p = new P();

p.constructor
// function P() {}

p.constructor === P.prototype.constructor
// true

p.hasOwnProperty('constructor')
// false

上面代码中,p是构造函数P的实例对象,但是p自身没有contructor属性,该属性其实是读取原型链上面的P.prototype.constructor属性。

constructor属性的作用,是分辨原型对象到底属于哪个构造函数。

function F() {};
var f = new F();

f.constructor === F // true
f.constructor === RegExp // false

上面代码表示,使用constructor属性,确定实例对象f的构造函数是F,而不是RegExp

有了constructor属性,就可以从实例新建另一个实例。

function Constr() {}
var x = new Constr();

var y = new x.constructor();
y instanceof Constr // true

上面代码中,x是构造函数Constr的实例,可以从x.constructor间接调用构造函数。

这使得在实例方法中,调用自身的构造函数成为可能。

Constr.prototype.createCopy = function () {
  return new this.constructor();
};

由于constructor属性是一种原型对象与构造函数的关联关系,所以修改原型对象的时候,务必要小心。

function A() {}
var a = new A();
a instanceof A // true

function B() {}
A.prototype = B.prototype;
a instanceof A // false

上面代码中,aA的实例。修改了A.prototype以后,constructor属性的指向就变了,导致instanceof运算符失真。

所以,修改原型对象时,一般要同时校正constructor属性的指向。

// 避免这种写法
C.prototype = {
  method1: function (...) { ... },
  // ...
};

// 较好的写法
C.prototype = {
  constructor: C,
  method1: function (...) { ... },
  // ...
};

// 更好好的写法
C.prototype.method1 = function (...) { ... };

上面代码中,避免完全覆盖掉原来的prototype属性,要么将constructor属性重新指向原来的构造函数,要么只在原型对象上添加方法,这样可以保证instanceof运算符不会失真。

此外,通过name属性,可以从实例得到构造函数的名称。

function Foo() {}
var f = new Foo();
f.constructor.name // "Foo"

instanceof 运算符

instanceof运算符返回一个布尔值,表示指定对象是否为某个构造函数的实例。

var v = new Vehicle();
v instanceof Vehicle // true

上面代码中,对象v是构造函数Vehicle的实例,所以返回true

instanceof运算符的左边是实例对象,右边是构造函数。它会检查右边构建函数的原型对象,是否在左边对象的原型链上。因此,下面两种写法是等价的。

v instanceof Vehicle
// 等同于
Vehicle.prototype.isPrototypeOf(v)

由于instanceof对整个原型链上的对象都有效,因此同一个实例对象,可能会对多个构造函数都返回true

var d = new Date();
d instanceof Date // true
d instanceof Object // true

上面代码中,d同时是DateObject的实例,因此对这两个构造函数都返回true

instanceof的原理是检查原型链,对于那些不存在原型链的对象,就无法判断。

Object.create(null) instanceof Object // false

上面代码中,Object.create(null)返回的新对象的原型是null,即不存在原型,因此instanceof就认为该对象不是Object的实例。

除了上面这种继承null的特殊情况,JavaScript 之中,只要是对象,就有对应的构造函数。因此,instanceof运算符的一个用处,是判断值的类型。

var x = [1, 2, 3];
var y = {};
x instanceof Array // true
y instanceof Object // true

上面代码中,instanceof运算符判断,变量x是数组,变量y是对象。

注意,instanceof运算符只能用于对象,不适用原始类型的值。

var s = 'hello';
s instanceof String // false

上面代码中,字符串不是String对象的实例(因为字符串不是对象),所以返回false

此外,对于undefinednullinstanceOf运算符总是返回false

undefined instanceof Object // false
null instanceof Object // false

利用instanceof运算符,还可以巧妙地解决,调用构造函数时,忘了加new命令的问题。

function Fubar (foo, bar) {
  if (this instanceof Fubar) {
    this._foo = foo;
    this._bar = bar;
  }
  else {
    return new Fubar(foo, bar);
  }
}

上面代码使用instanceof运算符,在函数体内部判断this关键字是否为构造函数Fubar的实例。如果不是,就表明忘了加new命令。

Object.getPrototypeOf()

Object.getPrototypeOf方法返回一个对象的原型。这是获取原型对象的标准方法。

// 空对象的原型是Object.prototype
Object.getPrototypeOf({}) === Object.prototype
// true

// 函数的原型是Function.prototype
function f() {}
Object.getPrototypeOf(f) === Function.prototype
// true

// f 为 F 的实例对象,则 f 的原型是 F.prototype
var f = new F();
Object.getPrototypeOf(f) === F.prototype
// true

Object.setPrototypeOf()

Object.setPrototypeOf方法可以为现有对象设置原型,返回一个新对象。

Object.setPrototypeOf方法接受两个参数,第一个是现有对象,第二个是原型对象。

var a = {x: 1};
var b = Object.setPrototypeOf({}, a);
// 等同于
// var b = {__proto__: a};

b.x // 1

上面代码中,b对象是Object.setPrototypeOf方法返回的一个新对象。该对象本身为空、原型为a对象,所以b对象可以拿到a对象的所有属性和方法。b对象本身并没有x属性,但是 JavaScript 引擎找到它的原型对象a,然后读取ax属性。

new命令通过构造函数新建实例对象,实质就是将实例对象的原型,指向构造函数的prototype属性,然后在实例对象上执行构造函数。

var F = function () {
  this.foo = 'bar';
};

var f = new F();

// 等同于
var f = Object.setPrototypeOf({}, F.prototype);
F.call(f);

Object.create()

生成实例对象的常用方法,就是使用new命令,让构造函数返回一个实例。但是很多时候,只能拿到一个实例对象,它可能根本不是由构建函数生成的,那么能不能从一个实例对象,生成另一个实例对象呢?

JavaScript 提供了Object.create方法,用来满足这种需求。该方法接受一个对象作为参数,然后以它为原型,返回一个实例对象。该实例完全继承继承原型对象的属性。

// 原型对象
var A = {
  print: function () {
    console.log('hello');
  }
};

// 实例对象
var B = Object.create(A);
B.print() // hello
B.print === A.print // true

上面代码中,Object.create方法以A对象为原型,生成了B对象。B继承了A的所有属性和方法。这段代码等同于下面的代码。

var A = function () {};
A.prototype = {
 print: function () {
   console.log('hello');
 }
};

var B = new A();
B.print === A.prototype.print // true

实际上,Object.create方法可以用下面的代码代替。如果老式浏览器不支持Object.create方法,可以就用这段代码自己部署。

if (typeof Object.create !== 'function') {
  Object.create = function (obj) {
    function F() {}
    F.prototype = obj;
    return new F();
  };
}

上面代码表明,Object.create方法的实质是新建一个构造函数F,然后让F.prototype属性指向参数对象obj,最后返回一个F的实例,从而实现让该实例继承obj的属性。

下面三种方式生成的新对象是等价的。

var obj1 = Object.create({});
var obj2 = Object.create(Object.prototype);
var obj3 = new Object();

如果想要生成一个不继承任何属性(比如没有toStringvalueOf方法)的对象,可以将Object.create的参数设为null

var obj = Object.create(null);

obj.valueOf()
// TypeError: Object [object Object] has no method 'valueOf'

上面代码中,对象obj的原型是null,它就不具备一些定义在Object.prototype对象上面的属性,比如valueOf方法。

使用Object.create方法的时候,必须提供对象原型,即参数不能为空,或者不是对象,否则会报错。

Object.create()
// TypeError: Object prototype may only be an Object or null

Object.create(123)
// TypeError: Object prototype may only be an Object or null

object.create方法生成的新对象,动态继承了原型。在原型上添加或修改任何方法,会立刻反映在新对象之上。

var obj1 = { p: 1 };
var obj2 = Object.create(obj1);

obj1.p = 2;
obj2.p
// 2

上面代码中,修改对象原型obj1会影响到新生成的实例对象obj2

除了对象的原型,Object.create方法还可以接受第二个参数。该参数是一个属性描述对象,它所描述的对象属性,会添加到实例对象,作为该对象自身的属性。

var obj = Object.create({}, {
  p1: {
    value: 123,
    enumerable: true,
    configurable: true,
    writable: true,
  },
  p2: {
    value: 'abc',
    enumerable: true,
    configurable: true,
    writable: true,
  }
});

// 等同于
var obj = Object.create({});
obj.p1 = 123;
obj.p2 = 'abc';

Object.create方法生成的对象,继承了它的原型对象的构造函数。

function A() {}
var a = new A();
var b = Object.create(a);

b.constructor === A // true
b instanceof A // true

上面代码中,b对象的原型是a对象,因此继承了a对象的构造函数A

Object.prototype.isPrototypeOf()

对象实例的isPrototypeOf方法,用来判断一个对象是否是另一个对象的原型。

var o1 = {};
var o2 = Object.create(o1);
var o3 = Object.create(o2);

o2.isPrototypeOf(o3) // true
o1.isPrototypeOf(o3) // true

上面代码表明,只要某个对象处在原型链上,isPrototypeOf都返回true

Object.prototype.isPrototypeOf({}) // true
Object.prototype.isPrototypeOf([]) // true
Object.prototype.isPrototypeOf(/xyz/) // true
Object.prototype.isPrototypeOf(Object.create(null)) // false

上面代码中,由于Object.prototype处于原型链的最顶端,所以对各种实例都返回true,只有继承null的对象除外。

Object.prototype.__proto__

__proto__属性(前后各两个下划线)可以改写某个对象的原型对象。

var obj = {};
var p = {};

obj.__proto__ = p;
Object.getPrototypeOf(obj) === p // true

上面代码通过__proto__属性,将p对象设为obj对象的原型。

根据语言标准,__proto__属性只有浏览器才需要部署,其他环境可以没有这个属性,而且前后的两根下划线,表示它本质是一个内部属性,不应该对使用者暴露。因此,应该尽量少用这个属性,而是用Object.getPrototypeof()(读取)和Object.setPrototypeOf()(设置),进行原型对象的读写操作。

原型链可以用__proto__很直观地表示。

var A = {
  name: '张三'
};
var B = {
  name: '李四'
};

var proto = {
  print: function () {
    console.log(this.name);
  }
};

A.__proto__ = proto;
B.__proto__ = proto;

A.print() // 张三
B.print() // 李四

上面代码中,A对象和B对象的原型都是proto对象,它们都共享proto对象的print方法。也就是说,ABprint方法,都是在调用proto对象的print方法。

A.print === B.print // true
A.print === proto.print // true
B.print === proto.print // true

可以使用Object.getPrototypeOf方法,检查浏览器是否支持__proto__属性,老式浏览器不支持这个属性。

Object.getPrototypeOf({ __proto__: null }) === null

上面代码将一个对象的__proto__属性设为null,然后使用Object.getPrototypeOf方法获取这个对象的原型,判断是否等于null。如果当前环境支持__proto__属性,两者的比较结果应该是true

获取原型对象方法的比较

如前所述,__proto__属性指向当前对象的原型对象,即构造函数的prototype属性。

var obj = new Object();

obj.__proto__ === Object.prototype
// true
obj.__proto__ === obj.constructor.prototype
// true

上面代码首先新建了一个对象obj,它的__proto__属性,指向构造函数(Objectobj.constructor)的prototype属性。所以,两者比较以后,返回true

因此,获取实例对象obj的原型对象,有三种方法。

  • obj.__proto__
  • obj.constructor.prototype
  • Object.getPrototypeOf(obj)

上面三种方法之中,前两种都不是很可靠。最新的ES6标准规定,__proto__属性只有浏览器才需要部署,其他环境可以不部署。而obj.constructor.prototype在手动改变原型对象时,可能会失效。

var P = function () {};
var p = new P();

var C = function () {};
C.prototype = p;
var c = new C();

c.constructor.prototype === p // false

上面代码中,C构造函数的原型对象被改成了p,结果c.constructor.prototype就失真了。所以,在改变原型对象时,一般要同时设置constructor属性。

C.prototype = p;
C.prototype.constructor = C;

c.constructor.prototype === p // true

所以,推荐使用第三种Object.getPrototypeOf方法,获取原型对象。

var o = new Object();
Object.getPrototypeOf(o) === Object.prototype
// true

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