JavaScript 函数原型链解析

2021-10-18 00:39:20

在JavaScript中，函数原型链是最强大也是最容易让人迷惑的特性。长期以来对于prototype和__proto__的一知半解导致在实际开发中经常遇到难以排查的问题，所以有必要将JavaScript中的原型概念理解清楚。

1. `proto` vs `prototype`

1.1 `proto`

在JavaScript中所有对象都拥有一个__proto__用来表示其原型继承，所谓的原型链也就是根据__proto__一层层向上追溯。JavaScript中有一个内置属性[[prototype]]（注意不是prototype）来表征其原型对象，大多数浏览器支持通过__proto__来对齐进行访问。一个普通对象的__proto__为Object.prototype:

var a = {
    'h' : 1
}

// output: true
a.__proto__ === Object.prototype

1.2 `prototype`

prototype是只有函数才有的属性。

当创建函数时，JavaScript会自动给函数创建一个prototype属性，并指向原型对象functionname.prototype。

JavaScript可以通过prototype和__proto__在两个对象之间建立一个原型关系，实现方法和属性的共享，从而实现继承。

1.3 构造函数创建对象实例

JavaScript中的函数对象有两个不同的内部方法：[[Call]]和Construct。

如果不通过new关键字来调用函数（比如call，apply等），则执行[[Call]]方法，该种方式只是单纯地执行函数体，并不创建函数对象。

如果通过new关键字来调用函数，执行的是[[Constrcut]]方法，该方法会创建一个实例对象，同时将该对象的__proto__属性执行构造函数的prototype也即functionname.prototype,从而继承该构造函数下的所有实例和方法。

有了以上概念后，来看一个例子：

function Foo(firstName, lastName){
    this.firstName = firstName;
    this.lastName = lastName; 
}
Foo.prototype.logName = function(){
    Foo.combineName();
    console.log(this.fullName);
}
Foo.prototype.combineName = function(){
    this.fullName = `${this.firstName} ${this.lastName}`
}

var foo = new Foo('Sanfeng', 'Zhang');
foo.combineName();
console.log(foo.fullName); // Sanfeng Zhang
foo.logName(); // Uncaught TypeError: Foo.combineName is not a function

明明声明了Foo.prototype.logName,但是Foo.combineName却出错，其原因在于原型链理解出错。

首先来看下foo的原型链：

var foo = new Foo('Sanfeng', 'Zhang'):

通过new创建一个函数对象，此时JavaScript会给创建出来对象的__proto__赋值为functionname.protoye也即Foo.prototype,所以foo.combineName可以正常访问combineName。其完整原型链为：

foo.__proto__ === Foo.prototype
foo.__proto__.__proto__ === Foo.prototype.__proto__ === Object.prototype
foo.__proto__.__proto__.__proto__ === Foo.prototype.__proto__.__proto__ === Object.prototype.__proto__ === null

接下来看下Foo的原型链：

直接通过Foo.combineName调用时，JavaScript会从Foo.__proto__找起，而Foo.__proto__指向Function.prototype,所以根本无法找到挂载在Foo.prototype上的combineName方法。

其完整原型链为：

Foo.__proto__ = Function.prototype;
Foo.__proto__.__proto__ = Function.prototype.__proto__;
Foo.__proto__.__proto__.__proto__ = Function.prototype.__proto__.__proto__ = Object.prototype.__proto__ = null;

接下来做一下变形：

function Foo(firstName, lastName){
    this.firstName = firstName;
    this.lastName = lastName; 
}

Foo.__proto__.combineName = function() {
    console.log('combine name');
}

Foo.combineName(); // combine name
Funciton.combineName(); // combine name
var foo = new Foo('Sanfeng', 'Zhang');
foo.combineName(); // foo.combineName is not a function

这次是在Foo.__proto__上注册的combineName,所以实例对象foo无法访问到，但是Function Foo可以访问到，另外我们看到因为Foo.__proto__指向Function.prototype，所以可以直接通过Function.combineName访问。

2 原型继承

理解清楚了__proto__与prototype的联系和区别后，我们来看下如何利用两者实现原型继承。首先来看一个例子：

function Student(props) {
    this.name = props.name || 'unamed';
}

Student.prototype.hello = function () {
    console.log('Hello ' + this.name);
}

var xiaoming = new Student({name: 'xiaoming'}); // Hello xiaoming

这个很好理解：

xiaoming -> Student.prototype -> Object.prototype -> null

接下来，我们来创建一个PrimaryStudent:

function PrimaryStudent(props) {
   Student.call(this, props);
   this.grade = props.grade || 1;
}

其中Student.call(this, props);仅仅执行Student方法，不创建对象，参考1.3节中的[[Call]]。

此时的原型链为：

new PrimaryStudent() -> PrimaryStudent.prototype -> Object.prototype -> null

可以看到，目前PrimaryStudent和Student并没有任何关联，仅仅是借助Student.call(this, props);声明了name属性。

要想继承Student必须要实现如下的原型链：

new PrimaryStudent() -> PrimaryStudent.prototype -> Student.prototype -> Object.prototype -> null

当然可以直接进行如下赋值：

PrimaryStudent.prototype = Student.prototype

但这样其实没有任何意义，如此一来，所以在PrimaryStudent上挂载的方法都是直接挂载到Student的原型上了，PrimaryStudent就显得可有可无了。

那如何才能将方法挂载到PrimaryStudent而不是Student上呢？其实很简单，在PrimaryStudent和Student之间插入一个新的对象作为两者之间的桥梁：

function F() {}
F.prototype = Student.prototype;
PrimaryStudent.prototype = new F();
PrimaryStudent.prototype.constructor = PrimaryStudent;

// 此时就相当于在new F()对象上添加方法
PrimaryStudent.prototype.getGrade = function() {
    
}

如此一来就实现了PrimaryStudent与Student的继承：

new PrimaryStudent() -> new PrimaryStudent().__proto__ -> PrimaryStudent.prototype -> new F() -> new F().__proto__ -> F.prototype -> Student.prototype -> Object.prototype -> null

3 关键字`new`

实际开发中，我们总是通过一个new来创建对象。那么为什么new可以创建一个我们需要的对象？其与普通的函数执行有什么不同呢？
来看下下面这段代码：

function fun() {
    console.log('fun');
}
fun();
var f = new fun();

其对应的输出都是一样的：

fun
fun

但实际上，两者有着本质的区别，前者是普通的函数执行，也即在当前活跃对象执行环境内直接执行函数fun。
但new fun()的实质却是创建了一个fun对象，其含义等同于下文代码：

function new(constructor) {
 var obj = {}
 Object.setPrototypeOf(obj, constructor.prototype);
 return constructor.apply(obj, [...arguments].slice(1)) || obj
}

可以看到，当我们执行new fun()时，实际执行了如下操作：

创建了一个新的对象。
新对象的原型继承自构造函数的原型。
以新对象的 this 执行构造函数。
返回新的对象。如果构造函数返回了一个对象，那么这个对象会取代整个 new 出来的结果

从中也可以看到，其实new关键字也利用了原型继承来实现对象创建。

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1. __proto__ vs prototype

1.1 __proto__

1.2 prototype