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JavaScript 對象的繼承

2023-03-20 15:52 更新

面向?qū)ο缶幊毯苤匾囊粋€方面，就是對象的繼承。A 對象通過繼承 B 對象，就能直接擁有 B 對象的所有屬性和方法。這對于代碼的復(fù)用是非常有用的。

大部分面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，都是通過“類”（class）實現(xiàn)對象的繼承。傳統(tǒng)上，JavaScript 語言的繼承不通過 class，而是通過“原型對象”（prototype）實現(xiàn)，本章介紹 JavaScript 的原型鏈繼承。

ES6 引入了 class 語法，基于 class 的繼承不在這個教程介紹，請參閱《ES6 標準入門》一書的相關(guān)章節(jié)。

原型對象概述

構(gòu)造函數(shù)的缺點

JavaScript 通過構(gòu)造函數(shù)生成新對象，因此構(gòu)造函數(shù)可以視為對象的模板。實例對象的屬性和方法，可以定義在構(gòu)造函數(shù)內(nèi)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'

上面代碼中，Cat函數(shù)是一個構(gòu)造函數(shù)，函數(shù)內(nèi)部定義了name屬性和color屬性，所有實例對象（上例是cat1）都會生成這兩個屬性，即這兩個屬性會定義在實例對象上面。

通過構(gòu)造函數(shù)為實例對象定義屬性，雖然很方便，但是有一個缺點。同一個構(gòu)造函數(shù)的多個實例之間，無法共享屬性，從而造成對系統(tǒng)資源的浪費。

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

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

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

上面代碼中，cat1和cat2是同一個構(gòu)造函數(shù)的兩個實例，它們都具有meow方法。由于meow方法是生成在每個實例對象上面，所以兩個實例就生成了兩次。也就是說，每新建一個實例，就會新建一個meow方法。這既沒有必要，又浪費系統(tǒng)資源，因為所有meow方法都是同樣的行為，完全應(yīng)該共享。

這個問題的解決方法，就是 JavaScript 的原型對象（prototype）。

prototype 屬性的作用

JavaScript 繼承機制的設(shè)計思想就是，原型對象的所有屬性和方法，都能被實例對象共享。也就是說，如果屬性和方法定義在原型上，那么所有實例對象就能共享，不僅節(jié)省了內(nèi)存，還體現(xiàn)了實例對象之間的聯(lián)系。

下面，先看怎么為對象指定原型。JavaScript 規(guī)定，每個函數(shù)都有一個prototype屬性，指向一個對象。

function f() {}
typeof f.prototype // "object"

上面代碼中，函數(shù)f默認具有prototype屬性，指向一個對象。

對于普通函數(shù)來說，該屬性基本無用。但是，對于構(gòu)造函數(shù)來說，生成實例的時候，該屬性會自動成為實例對象的原型。

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'

上面代碼中，構(gòu)造函數(shù)Animal的prototype屬性，就是實例對象cat1和cat2的原型對象。原型對象上添加一個color屬性，結(jié)果，實例對象都共享了該屬性。

原型對象的屬性不是實例對象自身的屬性。只要修改原型對象，變動就立刻會體現(xiàn)在所有實例對象上。

Animal.prototype.color = 'yellow';

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

上面代碼中，原型對象的color屬性的值變?yōu)?code>yellow，兩個實例對象的color屬性立刻跟著變了。這是因為實例對象其實沒有color屬性，都是讀取原型對象的color屬性。也就是說，當實例對象本身沒有某個屬性或方法的時候，它會到原型對象去尋找該屬性或方法。這就是原型對象的特殊之處。

如果實例對象自身就有某個屬性或方法，它就不會再去原型對象尋找這個屬性或方法。

cat1.color = 'black';

cat1.color // 'black'
cat2.color // 'yellow'
Animal.prototype.color // 'yellow';

上面代碼中，實例對象cat1的color屬性改為black，就使得它不再去原型對象讀取color屬性，后者的值依然為yellow。

總結(jié)一下，原型對象的作用，就是定義所有實例對象共享的屬性和方法。這也是它被稱為原型對象的原因，而實例對象可以視作從原型對象衍生出來的子對象。

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

上面代碼中，Animal.prototype對象上面定義了一個walk方法，這個方法將可以在所有Animal實例對象上面調(diào)用。

原型鏈

JavaScript 規(guī)定，所有對象都有自己的原型對象（prototype）。一方面，任何一個對象，都可以充當其他對象的原型；另一方面，由于原型對象也是對象，所以它也有自己的原型。因此，就會形成一個“原型鏈”（prototype chain）：對象到原型，再到原型的原型……

如果一層層地上溯，所有對象的原型最終都可以上溯到Object.prototype，即Object構(gòu)造函數(shù)的prototype屬性。也就是說，所有對象都繼承了Object.prototype的屬性。這就是所有對象都有valueOf和toString方法的原因，因為這是從Object.prototype繼承的。

那么，Object.prototype對象有沒有它的原型呢？回答是Object.prototype的原型是null。null沒有任何屬性和方法，也沒有自己的原型。因此，原型鏈的盡頭就是null。

Object.getPrototypeOf(Object.prototype)
// null

上面代碼表示，Object.prototype對象的原型是null，由于null沒有任何屬性，所以原型鏈到此為止。Object.getPrototypeOf方法返回參數(shù)對象的原型，具體介紹請看后文。

讀取對象的某個屬性時，JavaScript 引擎先尋找對象本身的屬性，如果找不到，就到它的原型去找，如果還是找不到，就到原型的原型去找。如果直到最頂層的Object.prototype還是找不到，則返回undefined。如果對象自身和它的原型，都定義了一個同名屬性，那么優(yōu)先讀取對象自身的屬性，這叫做“覆蓋”（overriding）。

注意，一級級向上，在整個原型鏈上尋找某個屬性，對性能是有影響的。所尋找的屬性在越上層的原型對象，對性能的影響越大。如果尋找某個不存在的屬性，將會遍歷整個原型鏈。

舉例來說，如果讓構(gòu)造函數(shù)的prototype屬性指向一個數(shù)組，就意味著實例對象可以調(diào)用數(shù)組方法。

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

上面代碼中，mine是構(gòu)造函數(shù)MyArray的實例對象，由于MyArray.prototype指向一個數(shù)組實例，使得mine可以調(diào)用數(shù)組方法（這些方法定義在數(shù)組實例的prototype對象上面）。最后那行instanceof表達式，用來比較一個對象是否為某個構(gòu)造函數(shù)的實例，結(jié)果就是證明mine為Array的實例，instanceof運算符的詳細解釋詳見后文。

上面代碼還出現(xiàn)了原型對象的constructor屬性，這個屬性的含義下一節(jié)就來解釋。

constructor 屬性

prototype對象有一個constructor屬性，默認指向prototype對象所在的構(gòu)造函數(shù)。

function P() {}
P.prototype.constructor === P // true

由于constructor屬性定義在prototype對象上面，意味著可以被所有實例對象繼承。

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

p.constructor === P // true
p.constructor === P.prototype.constructor // true
p.hasOwnProperty('constructor') // false

上面代碼中，p是構(gòu)造函數(shù)P的實例對象，但是p自身沒有constructor屬性，該屬性其實是讀取原型鏈上面的P.prototype.constructor屬性。

constructor屬性的作用是，可以得知某個實例對象，到底是哪一個構(gòu)造函數(shù)產(chǎn)生的。

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

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

上面代碼中，constructor屬性確定了實例對象f的構(gòu)造函數(shù)是F，而不是RegExp。

另一方面，有了constructor屬性，就可以從一個實例對象新建另一個實例。

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

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

上面代碼中，x是構(gòu)造函數(shù)Constr的實例，可以從x.constructor間接調(diào)用構(gòu)造函數(shù)。這使得在實例方法中，調(diào)用自身的構(gòu)造函數(shù)成為可能。

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

上面代碼中，createCopy方法調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，新建另一個實例。

constructor屬性表示原型對象與構(gòu)造函數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如果修改了原型對象，一般會同時修改constructor屬性，防止引用的時候出錯。

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

Person.prototype.constructor === Person // true

Person.prototype = {
  method: function () {}
};

Person.prototype.constructor === Person // false
Person.prototype.constructor === Object // true

上面代碼中，構(gòu)造函數(shù)Person的原型對象改掉了，但是沒有修改constructor屬性，導(dǎo)致這個屬性不再指向Person。由于Person的新原型是一個普通對象，而普通對象的constructor屬性指向Object構(gòu)造函數(shù)，導(dǎo)致Person.prototype.constructor變成了Object。

所以，修改原型對象時，一般要同時修改constructor屬性的指向。

// 壞的寫法
C.prototype = {
  method1: function (...) { ... },
  // ...
};

// 好的寫法
C.prototype = {
  constructor: C,
  method1: function (...) { ... },
  // ...
};

// 更好的寫法
C.prototype.method1 = function (...) { ... };

上面代碼中，要么將constructor屬性重新指向原來的構(gòu)造函數(shù)，要么只在原型對象上添加方法，這樣可以保證instanceof運算符不會失真。

如果不能確定constructor屬性是什么函數(shù)，還有一個辦法：通過name屬性，從實例得到構(gòu)造函數(shù)的名稱。

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

instanceof 運算符

instanceof運算符返回一個布爾值，表示對象是否為某個構(gòu)造函數(shù)的實例。

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

上面代碼中，對象v是構(gòu)造函數(shù)Vehicle的實例，所以返回true。

instanceof運算符的左邊是實例對象，右邊是構(gòu)造函數(shù)。它會檢查右邊構(gòu)造函數(shù)的原型對象（prototype），是否在左邊對象的原型鏈上。因此，下面兩種寫法是等價的。

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

上面代碼中，Vehicle是對象v的構(gòu)造函數(shù)，它的原型對象是Vehicle.prototype，isPrototypeOf()方法是 JavaScript 提供的原生方法，用于檢查某個對象是否為另一個對象的原型，詳細解釋見后文。

由于instanceof檢查整個原型鏈，因此同一個實例對象，可能會對多個構(gòu)造函數(shù)都返回true。

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

上面代碼中，d同時是Date和Object的實例，因此對這兩個構(gòu)造函數(shù)都返回true。

由于任意對象（除了null）都是Object的實例，所以instanceof運算符可以判斷一個值是否為非null的對象。

var obj = { foo: 123 };
obj instanceof Object // true

null instanceof Object // false

上面代碼中，除了null，其他對象的instanceOf Object的運算結(jié)果都是true。

instanceof的原理是檢查右邊構(gòu)造函數(shù)的prototype屬性，是否在左邊對象的原型鏈上。有一種特殊情況，就是左邊對象的原型鏈上，只有null對象。這時，instanceof判斷會失真。

var obj = Object.create(null);
typeof obj // "object"
obj instanceof Object // false

上面代碼中，Object.create(null)返回一個新對象obj，它的原型是null（Object.create()的詳細介紹見后文）。右邊的構(gòu)造函數(shù)Object的prototype屬性，不在左邊的原型鏈上，因此instanceof就認為obj不是Object的實例。這是唯一的instanceof運算符判斷會失真的情況（一個對象的原型是null）。

instanceof運算符的一個用處，是判斷值的類型。

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

上面代碼中，instanceof運算符判斷，變量x是數(shù)組，變量y是對象。

注意，instanceof運算符只能用于對象，不適用原始類型的值。

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

上面代碼中，字符串不是String對象的實例（因為字符串不是對象），所以返回false。

此外，對于undefined和null，instanceof運算符總是返回false。

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

利用instanceof運算符，還可以巧妙地解決，調(diào)用構(gòu)造函數(shù)時，忘了加new命令的問題。

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

上面代碼使用instanceof運算符，在函數(shù)體內(nèi)部判斷this關(guān)鍵字是否為構(gòu)造函數(shù)Fubar的實例。如果不是，就表明忘了加new命令。

構(gòu)造函數(shù)的繼承

讓一個構(gòu)造函數(shù)繼承另一個構(gòu)造函數(shù)，是非常常見的需求。這可以分成兩步實現(xiàn)。第一步是在子類的構(gòu)造函數(shù)中，調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)。

function Sub(value) {
  Super.call(this);
  this.prop = value;
}

上面代碼中，Sub是子類的構(gòu)造函數(shù)，this是子類的實例。在實例上調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)Super，就會讓子類實例具有父類實例的屬性。

第二步，是讓子類的原型指向父類的原型，這樣子類就可以繼承父類原型。

Sub.prototype = Object.create(Super.prototype);
Sub.prototype.constructor = Sub;
Sub.prototype.method = '...';

上面代碼中，Sub.prototype是子類的原型，要將它賦值為Object.create(Super.prototype)，而不是直接等于Super.prototype。否則后面兩行對Sub.prototype的操作，會連父類的原型Super.prototype一起修改掉。

另外一種寫法是Sub.prototype等于一個父類實例。

Sub.prototype = new Super();

上面這種寫法也有繼承的效果，但是子類會具有父類實例的方法。有時，這可能不是我們需要的，所以不推薦使用這種寫法。

舉例來說，下面是一個Shape構(gòu)造函數(shù)。

function Shape() {
  this.x = 0;
  this.y = 0;
}

Shape.prototype.move = function (x, y) {
  this.x += x;
  this.y += y;
  console.info('Shape moved.');
};

我們需要讓Rectangle構(gòu)造函數(shù)繼承Shape。

// 第一步，子類繼承父類的實例
function Rectangle() {
  Shape.call(this); // 調(diào)用父類構(gòu)造函數(shù)
}
// 另一種寫法
function Rectangle() {
  this.base = Shape;
  this.base();
}

// 第二步，子類繼承父類的原型
Rectangle.prototype = Object.create(Shape.prototype);
Rectangle.prototype.constructor = Rectangle;

采用這樣的寫法以后，instanceof運算符會對子類和父類的構(gòu)造函數(shù)，都返回true。

var rect = new Rectangle();

rect instanceof Rectangle  // true
rect instanceof Shape  // true

上面代碼中，子類是整體繼承父類。有時只需要單個方法的繼承，這時可以采用下面的寫法。

ClassB.prototype.print = function() {
  ClassA.prototype.print.call(this);
  // some code
}

上面代碼中，子類B的print方法先調(diào)用父類A的print方法，再部署自己的代碼。這就等于繼承了父類A的print方法。

多重繼承

JavaScript 不提供多重繼承功能，即不允許一個對象同時繼承多個對象。但是，可以通過變通方法，實現(xiàn)這個功能。

function M1() {
  this.hello = 'hello';
}

function M2() {
  this.world = 'world';
}

function S() {
  M1.call(this);
  M2.call(this);
}

// 繼承 M1
S.prototype = Object.create(M1.prototype);
// 繼承鏈上加入 M2
Object.assign(S.prototype, M2.prototype);

// 指定構(gòu)造函數(shù)
S.prototype.constructor = S;

var s = new S();
s.hello // 'hello'
s.world // 'world'

上面代碼中，子類S同時繼承了父類M1和M2。這種模式又稱為 Mixin（混入）。

模塊

隨著網(wǎng)站逐漸變成“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序”，嵌入網(wǎng)頁的 JavaScript 代碼越來越龐大，越來越復(fù)雜。網(wǎng)頁越來越像桌面程序，需要一個團隊分工協(xié)作、進度管理、單元測試等等……開發(fā)者必須使用軟件工程的方法，管理網(wǎng)頁的業(yè)務(wù)邏輯。

JavaScript 模塊化編程，已經(jīng)成為一個迫切的需求。理想情況下，開發(fā)者只需要實現(xiàn)核心的業(yè)務(wù)邏輯，其他都可以加載別人已經(jīng)寫好的模塊。

但是，JavaScript 不是一種模塊化編程語言，ES6 才開始支持“類”和“模塊”。下面介紹傳統(tǒng)的做法，如何利用對象實現(xiàn)模塊的效果。

基本的實現(xiàn)方法

模塊是實現(xiàn)特定功能的一組屬性和方法的封裝。

簡單的做法是把模塊寫成一個對象，所有的模塊成員都放到這個對象里面。

var module1 = new Object({
　_count : 0,
　m1 : function (){
　　//...
　},
　m2 : function (){
  　//...
　}
});

上面的函數(shù)m1和m2，都封裝在module1對象里。使用的時候，就是調(diào)用這個對象的屬性。

module1.m1();

但是，這樣的寫法會暴露所有模塊成員，內(nèi)部狀態(tài)可以被外部改寫。比如，外部代碼可以直接改變內(nèi)部計數(shù)器的值。

module1._count = 5;

封裝私有變量：構(gòu)造函數(shù)的寫法

我們可以利用構(gòu)造函數(shù)，封裝私有變量。

function StringBuilder() {
  var buffer = [];

  this.add = function (str) {
     buffer.push(str);
  };

  this.toString = function () {
    return buffer.join('');
  };

}

上面代碼中，buffer是模塊的私有變量。一旦生成實例對象，外部是無法直接訪問buffer的。但是，這種方法將私有變量封裝在構(gòu)造函數(shù)中，導(dǎo)致構(gòu)造函數(shù)與實例對象是一體的，總是存在于內(nèi)存之中，無法在使用完成后清除。這意味著，構(gòu)造函數(shù)有雙重作用，既用來塑造實例對象，又用來保存實例對象的數(shù)據(jù)，違背了構(gòu)造函數(shù)與實例對象在數(shù)據(jù)上相分離的原則（即實例對象的數(shù)據(jù)，不應(yīng)該保存在實例對象以外）。同時，非常耗費內(nèi)存。

function StringBuilder() {
  this._buffer = [];
}

StringBuilder.prototype = {
  constructor: StringBuilder,
  add: function (str) {
    this._buffer.push(str);
  },
  toString: function () {
    return this._buffer.join('');
  }
};

這種方法將私有變量放入實例對象中，好處是看上去更自然，但是它的私有變量可以從外部讀寫，不是很安全。

封裝私有變量：立即執(zhí)行函數(shù)的寫法

另一種做法是使用“立即執(zhí)行函數(shù)”（Immediately-Invoked Function Expression，IIFE），將相關(guān)的屬性和方法封裝在一個函數(shù)作用域里面，可以達到不暴露私有成員的目的。

var module1 = (function () {
　var _count = 0;
　var m1 = function () {
　  //...
　};
　var m2 = function () {
　　//...
　};
　return {
　　m1 : m1,
　　m2 : m2
　};
})();

使用上面的寫法，外部代碼無法讀取內(nèi)部的_count變量。

console.info(module1._count); //undefined

上面的module1就是 JavaScript 模塊的基本寫法。下面，再對這種寫法進行加工。

模塊的放大模式

如果一個模塊很大，必須分成幾個部分，或者一個模塊需要繼承另一個模塊，這時就有必要采用“放大模式”（augmentation）。

var module1 = (function (mod){
　mod.m3 = function () {
　　//...
　};
　return mod;
})(module1);

上面的代碼為module1模塊添加了一個新方法m3()，然后返回新的module1模塊。

在瀏覽器環(huán)境中，模塊的各個部分通常都是從網(wǎng)上獲取的，有時無法知道哪個部分會先加載。如果采用上面的寫法，第一個執(zhí)行的部分有可能加載一個不存在空對象，這時就要采用"寬放大模式"（Loose augmentation）。

var module1 = (function (mod) {
　//...
　return mod;
})(window.module1 || {});

與"放大模式"相比，“寬放大模式”就是“立即執(zhí)行函數(shù)”的參數(shù)可以是空對象。

輸入全局變量

獨立性是模塊的重要特點，模塊內(nèi)部最好不與程序的其他部分直接交互。

為了在模塊內(nèi)部調(diào)用全局變量，必須顯式地將其他變量輸入模塊。

var module1 = (function ($, YAHOO) {
　//...
})(jQuery, YAHOO);

上面的module1模塊需要使用 jQuery 庫和 YUI 庫，就把這兩個庫（其實是兩個模塊）當作參數(shù)輸入module1。這樣做除了保證模塊的獨立性，還使得模塊之間的依賴關(guān)系變得明顯。

立即執(zhí)行函數(shù)還可以起到命名空間的作用。

(function($, window, document) {

  function go(num) {
  }

  function handleEvents() {
  }

  function initialize() {
  }

  function dieCarouselDie() {
  }

  //attach to the global scope
  window.finalCarousel = {
    init : initialize,
    destroy : dieCarouselDie
  }

})( jQuery, window, document );

上面代碼中，finalCarousel對象輸出到全局，對外暴露init和destroy接口，內(nèi)部方法go、handleEvents、initialize、dieCarouselDie都是外部無法調(diào)用的。

參考鏈接

JavaScript Modules: A Beginner’s Guide, by Preethi Kasireddy

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