背景簡介

JavaScript 在編程語言界是個特殊種類，它和其他編程語言很不一樣，JavaScript 可以在運(yùn)行的時候動態(tài)地改變某個變量的類型。

比如你永遠(yuǎn)也沒法想到像isTimeout這樣一個變量可以存在多少種類型，除了布爾值true和false，它還可能是undefined、1和0、一個時間戳，甚至一個對象。

如果代碼跑異常，打開瀏覽器,開始斷點(diǎn)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)InfoList這個變量第一次被賦值的時候是個數(shù)組:

[{name: 'test1', value: '11'}, {name: 'test2', value: '22'}]

過了一會竟然變成了一個對象:

{test1:'11', test2: '22'}

除了變量可以在運(yùn)行時被賦值為任何類型以外，JavaScript 中也能實(shí)現(xiàn)繼承，但它不像 Java、C++、C# 這些編程語言一樣基于類來實(shí)現(xiàn)繼承，而是基于原型進(jìn)行繼承。

這是因?yàn)?JavaScript 中有個特殊的存在：對象。每個對象還都擁有一個原型對象，并可以從中繼承方法和屬性。

提到對象和原型，有如下問題：

1. JavaScript 的函數(shù)怎么也是個對象?
2. proto和prototype到底是啥關(guān)系?
3. JavaScript 中對象是怎么實(shí)現(xiàn)繼承的?
4. JavaScript 是怎么訪問對象的方法和屬性的?

原型對象和對象的關(guān)系

在 JavaScript 中，對象由一組或多組的屬性和值組成：

{
  key1: value1,
  key2: value2,
  key3: value3,
}

在 JavaScript 中，對象的用途很是廣泛，因?yàn)樗闹导瓤梢允窃碱愋?number、string、boolean、null、undefined、bigint和symbol)，還可以是對象和函數(shù)。

不管是對象，還是函數(shù)和數(shù)組，它們都是Object的實(shí)例，也就是說在 JavaScript 中，除了原始類型以外，其余都是對象。

這也就解答了問題1：JavaScript 的函數(shù)怎么也是個對象?

在 JavaScript 中，函數(shù)也是一種特殊的對象，它同樣擁有屬性和值。所有的函數(shù)會有一個特別的屬性prototype，該屬性的值是一個對象，這個對象便是我們常說的“原型對象”。

我們可以在控制臺打印一下這個屬性：

function Person(name) {
  this.name = name;
}
console.log(Person.prototype);

打印結(jié)果顯示為：

可以看到，該原型對象有兩個屬性：constructor和proto。

到這里，我們仿佛看到疑惑 “2：proto和prototype到底是啥關(guān)系?”的答案要出現(xiàn)了。在 JavaScript 中，proto屬性指向?qū)ο蟮脑蛯ο?，對于函?shù)來說，它的原型對象便是prototype。函數(shù)的原型對象prototype有以下特點(diǎn)：

• 默認(rèn)情況下，所有函數(shù)的原型對象(prototype)都擁有constructor屬性，該屬性指向與之關(guān)聯(lián)的構(gòu)造函數(shù)，在這里構(gòu)造函數(shù)便是Person函數(shù);
• Person函數(shù)的原型對象(prototype)同樣擁有自己的原型對象，用proto屬性表示。前面說過，函數(shù)是Object的實(shí)例，因此Person.prototype的原型對象為Object.prototype。

我們可以用這樣一張圖來描述prototype、proto和constructor三個屬性的關(guān)系：

從這個圖中，我們可以找到這樣的關(guān)系：

• 在 JavaScript 中，proto屬性指向?qū)ο蟮脑蛯ο?
• 對于函數(shù)來說，每個函數(shù)都有一個prototype屬性，該屬性為該函數(shù)的原型對象;

使用 prototype 和 proto 實(shí)現(xiàn)繼承

對象之所以使用廣泛，是因?yàn)閷ο蟮膶傩灾悼梢詾槿我忸愋?。因此，屬性的值同樣可以為另外一個對象，這意味著 JavaScript 可以這么做：通過將對象 A 的proto屬性賦值為對象 B，即:

A.__proto__ = B

此時使用A.proto便可以訪問 B 的屬性和方法。

這樣，JavaScript 可以在兩個對象之間創(chuàng)建一個關(guān)聯(lián)，使得一個對象可以訪問另一個對象的屬性和方法，從而實(shí)現(xiàn)了繼承;

使用prototype和proto實(shí)現(xiàn)繼承

以Person為例，當(dāng)我們使用new Person()創(chuàng)建對象時，JavaScript 就會創(chuàng)建構(gòu)造函數(shù)Person的實(shí)例，比如這里我們創(chuàng)建了一個叫“zhangsan”的Person：

var zhangsan = new Person("zhangsan");

上述這段代碼在運(yùn)行時，JavaScript 引擎通過將Person的原型對象prototype賦值給實(shí)例對象zhangsan的proto屬性，實(shí)現(xiàn)了zhangsan對Person的繼承，即執(zhí)行了以下代碼：

//JavaScript 引擎執(zhí)行了以下代碼
var zhangsan = {};
zhangsan.__proto__ = Person.prototype;
Person.call(zhangsan, "zhangsan");

我們來打印一下zhangsan實(shí)例：

console.log(zhangsan)

結(jié)果如下圖所示:

可以看到，zhangsan作為Person的實(shí)例對象，它的proto指向了Person的原型對象，即Person.prototype。

這時，我們再補(bǔ)充下上圖中的關(guān)系：

從這幅圖中，我們可以清晰地看到構(gòu)造函數(shù)和constructor屬性、原型對象(prototype)和proto、實(shí)例對象之間的關(guān)系，這是很多容易混淆。根據(jù)這張圖，我們可以得到以下的關(guān)系：

1. 每個函數(shù)的原型對象(Person.prototype)都擁有constructor屬性，指向該原型對象的構(gòu)造函數(shù)(Person);
2. 使用構(gòu)造函數(shù)(new Person())可以創(chuàng)建對象，創(chuàng)建的對象稱為實(shí)例對象(lily);
3. 實(shí)例對象通過將proto屬性指向構(gòu)造函數(shù)的原型對象(Person.prototype)，實(shí)現(xiàn)了該原型對象的繼承。

那么現(xiàn)在，關(guān)于proto和prototype的關(guān)系，我們可以得到這樣的答案：

• 每個對象都有proto屬性來標(biāo)識自己所繼承的原型對象，但只有函數(shù)才有prototype屬性;
• 對于函數(shù)來說，每個函數(shù)都有一個prototype屬性，該屬性為該函數(shù)的原型對象;
• 通過將實(shí)例對象的proto屬性賦值為其構(gòu)造函數(shù)的原型對象prototype，JavaScript 可以使用構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建對象的方式，來實(shí)現(xiàn)繼承。

所以一個對象可通過proto訪問原型對象上的屬性和方法，而該原型同樣也可通過proto訪問它的原型對象，這樣我們就在實(shí)例和原型之間構(gòu)造了一條原型鏈。紅色線條所示：

通過原型鏈訪問對象的方法和屬性

當(dāng) JavaScript 試圖訪問一個對象的屬性時，會基于原型鏈進(jìn)行查找。查找的過程是這樣的：

1. 首先會優(yōu)先在該對象上搜尋。如果找不到，還會依次層層向上搜索該對象的原型對象、該對象的原型對象的原型對象等(套娃告警);
2. JavaScript 中的所有對象都來自O(shè)bject，Object.prototype.proto === null。null沒有原型，并作為這個原型鏈中的最后一個環(huán)節(jié);
3. JavaScript 會遍歷訪問對象的整個原型鏈，如果最終依然找不到，此時會認(rèn)為該對象的屬性值為undefined。

我們可以通過一個具體的例子，來表示基于原型鏈的對象屬性的訪問過程，在該例子中我們構(gòu)建了一條對象的原型鏈，并進(jìn)行屬性值的訪問：

var o = {a: 1, b: 2}; // 讓我們假設(shè)我們有一個對象 o, 其有自己的屬性 a 和 b：
o.__proto__ = {b: 3, c: 4}; // o 的原型 o.__proto__有屬性 b 和 c：

當(dāng)我們在獲取屬性值的時候，就會觸發(fā)原型鏈的查找：

console.log(o.a); // o.a => 1
console.log(o.b); // o.b => 2
console.log(o.c); // o.c => o.__proto__.c => 4
console.log(o.d); // o.c => o.__proto__.d => o.__proto__.__proto__ == null => undefined

綜上，整個原型鏈如下:

{a:1, b:2} ---> {b:3, c:4} ---> null, // 這就是原型鏈的末尾，即 null

可以看到，當(dāng)我們對對象進(jìn)行屬性值的獲取時，會觸發(fā)該對象的原型鏈查找過程。

既然 JavaScript 中會通過遍歷原型鏈來訪問對象的屬性，那么我們可以通過原型鏈的方式進(jìn)行繼承。

也就是說，可以通過原型鏈去訪問原型對象上的屬性和方法，我們不需要在創(chuàng)建對象的時候給該對象重新賦值/添加方法。比如，我們調(diào)用lily.toString()時，JavaScript 引擎會進(jìn)行以下操作：

1. 先檢查lily對象是否具有可用的toString()方法;
2. 如果沒有，則``檢查lily的原型對象(Person.prototype)是否具有可用的toString()方法;
3. 如果也沒有，則檢查Person()構(gòu)造函數(shù)的prototype屬性所指向的對象的原型對象(即Object.prototype)是否具有可用的toString()方法，于是該方法被調(diào)用。

由于通過原型鏈進(jìn)行屬性的查找，需要層層遍歷各個原型對象，此時可能會帶來性能問題：

1. 當(dāng)試圖訪問不存在的屬性時，會遍歷整個原型鏈;
2. 在原型鏈上查找屬性比較耗時，對性能有副作用，這在性能要求苛刻的情況下很重要。

因此，我們在設(shè)計(jì)對象的時候，需要注意代碼中原型鏈的長度。當(dāng)原型鏈過長時，可以選擇進(jìn)行分解，來避免可能帶來的性能問題。

其他方式實(shí)現(xiàn)繼承

除了通過原型鏈的方式實(shí)現(xiàn) JavaScript 繼承，JavaScript 中實(shí)現(xiàn)繼承的方式還包括經(jīng)典繼承(盜用構(gòu)造函數(shù))、組合繼承、原型式繼承、寄生式繼承，等等。

• 原型鏈繼承方式中引用類型的屬性被所有實(shí)例共享，無法做到實(shí)例私有;
• 經(jīng)典繼承方式可以實(shí)現(xiàn)實(shí)例屬性私有，但要求類型只能通過構(gòu)造函數(shù)來定義;
• 組合繼承融合原型鏈繼承和構(gòu)造函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，它的實(shí)現(xiàn)如下：

function Parent(name) {
  // 私有屬性，不共享
  this.name = name;
}
// 需要復(fù)用、共享的方法定義在父類原型上
Parent.prototype.speak = function() {
  console.log("hello");
};
function Child(name) {
  Parent.call(this, name);
}
// 繼承方法
Child.prototype = new Parent();

組合繼承模式通過將共享屬性定義在父類原型上、將私有屬性通過構(gòu)造函數(shù)賦值的方式，實(shí)現(xiàn)了按需共享對象和方法，是 JavaScript 中最常用的繼承模式。

雖然在繼承的實(shí)現(xiàn)方式上有很多種，但實(shí)際上都離不開原型對象和原型鏈的內(nèi)容，因此掌握proto和prototype、對象的繼承等這些知識，是我們實(shí)現(xiàn)各種繼承方式的前提條件。

總結(jié)

關(guān)于 JavaScript 的原型和繼承，常常會在我們面試題中出現(xiàn)。隨著 ES6/ES7 等新語法糖的出現(xiàn)，可能更傾向于使用class/extends等語法來編寫代碼，原型繼承等概念逐漸變淡。

其次JavaScript 的設(shè)計(jì)在本質(zhì)上依然沒有變化，依然是基于原型來實(shí)現(xiàn)繼承的。如果不了解這些內(nèi)容，可能在我們遇到一些超出自己認(rèn)知范圍的內(nèi)容時，很容易束手無策。