深刻理解Javascript中的原型系统

在Brendan Eich大神为JavaScript设计面向对象系统时，之所以选择基于原型的面向对象系统，并不是因为时间匆忙，它设计起来相对简单，而是因为从一开始Brendan Eich就没有打算在JavaScript中加入类的概念。

在以类为中心的面向对象编程语言中，类和对象的关系可以想象成铸模和铸件的关系，对象总是从类中创建而来。而在原型编程的思想中，类并不是必需的，对象未必需要从类中创建而来，一个对象是通过克隆另外一个对象所得到的。就像科幻电影中那样，通过克隆可以创造另外一个一模一样的人，而且本体和克隆体看不出任何区别。

原型模式不单是一种设计模式，也被称为一种编程泛型。

虽然在新版本也就是ES6中增加了class的实现，但是实际上也只是一种语法糖，本质上底层还是函数。

javascript语言有自己的一套基于原型的编程基本规则：

  • 1.所有的数据都是对象。
  • 2.要得到一个对象，不是通过实例化类，而是找到一个对象作为原型并克隆它。
  • 3.对象会记住它的原型。
  • 4.如果对象无法响应某一个请求，它会把这个请求委托给它自己的原型。

一、什么叫做所有的数据都是对象？

Javascript在设计的时候模仿java引入了两套类型机制：基本类型和对象类型。

基本类型包括：undefined、number、boolean、null、string、
引用类型包括：function、object

按照Javascript的设计者的本意，除了undefined之外，一切都应该是对象，为了实现这一个目标，number、boolean、string 这几种基本数据类型也可以通过"包装类"的方式变成对象类型进行处理。

我们虽然不能说Javascript中所有的数据都是对象，但是可以说绝大部分的数据都是对象，那么在Javascript中一定会有一个根对象存在，这些对象追根溯源都来自于这个对象。

这个对象还真的存在——他就是 Object.prototype;

这个平时不太被我们关注的对象 Object.prototype是一个空的对象，我们在Javascript中遇到的每一个对象实际上都是从 Object.prototype 对象克隆而来，Object.prototype 对象就是它们的原型比如下面的对象 obj1 和 obj2

var obj1 = new Object();
var obj2 = {};

使用ES5中的 Object.getPrototypeOf 可以查看着两个对象的原型：

console.log(Object.getPrototypeOf(obj1) === Object.prototype); // true;
console.log(Object.getPrototypeOf(obj2) === Object.prototype); // true;

二、要找到一个对象，不是通过实例化类，而是找到一个对象作为原型并克隆它

在Javascript语言里面，我们并不需要关心克隆的细节，这些细节在引擎内部已经替我们实现了，我们需要做的只是显示地调用：

var obj1 = new Object();
var obj2 = {};
此时引擎内部会从 Object.prototype 上面克隆一个对象出来，我们最终得到的就是这个对象。

我们传统的从构造器中是如何得到一个对象呢？看下面的代码

function Perosn(name)
    this.name = name;
}

Person.prototype.getName = function () {
    return this.name;
}

var p1 = new Perosn('louis');

console.log(p1.name); // louis
console.log(p1.getName()); // louis
console.log(Object.getPrototypeOf(p1) === Person.prototype); // true

在Javascript中没有类的概念，这里却明明调用了new Perosn()。这该如何解释？

其实这里的Perosn并不是类，而是一个函数构造器，Javascript的函数既可以作为普通的函数被调用，也可以作为构造器被调用，当使用new运算符来调用函数时候，此时的函数就是一个构造器，我们平时都叫它构造函数。

实际上使用new运算符来创建对象的过程，也是先克隆 Object.prototype对象 再进行一些其他额外操作的过程。

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

Person.prototype.getName = function () {
  return this.name;
};

var objectFactory = function () {
  // 从Object.prototype上克隆一个空的对象
  var obj = new Object();
  // 取得外部传入的构造器，此例是Person
  var Constructor = [].shift.call(arguments);
  // 指向正确的原型
  obj.__proto__ = Constructor.prototype;
  // 借用外部传入的构造器给obj设置属性
  var ret = Constructor.apply(obj, arguments);

  // 确保构造器总是会返回一个对象
  return typeof ret === 'object' ? ret : obj;
};

var p2 = objectFactory(Person, 'sven');

console.log(p2.name);    // 输出：sven
console.log(p2.getName());     // 输出：sven
console.log(Object.getPrototypeOf(p2) === Person.prototype);    // 输出：true

三、对象会记住它的原型

如果请求可以再一个链条中依次往后面传递，那么每一个节点都必须知道它的下一个节点。同理，要完成Javascript语言中的查找机制，每一个对象都至少记住它自己的原型。

目前我们一直讨论”对象的原型“，实际上这种说法是不准确的，我们只能说，对象的构造器有原型。对于”对象吧请求委托给它自己的原型“这句话，更好的说法是对象把请求委托给它的构造器的原型。那么对象如何把请求顺利的转交给它的构造器的原型呢？

我们深入探究一下就会发现，Javascript给对象提供了一个名为__proto__的隐藏属性，某个对象的__proto__属性
会默认指向它的构造器的原型对象，即{ Constructor }.prototype 在一些浏览器中，__proto__被公开出来，我们
可以在Chrome或者Firefox上用这段代码验证：

    var a = new Object();
    console.log(a.__proto__ === Object.prototype); // true;

现在我们明白了，实际上，__proto__就是对象跟“对象构造器原型联系起来的纽带，正是因为对象需要通过__proto__属性来记住它的构造器的原型，所以在上述演示new的执行过程的代码中我们会使用

obj.__proto__ = Constructor.prototype来手动给obj对象设置正确的proto指向。

通过上面的代码，我们让obj.__proto__指向**Person.prototype**, 而不是原来的Object.prototype。

四、如果对象无法响应某一个请求，它会把这个请求委托给它的构造器的原型

这条规则是原型继承范式的精髓所在，意思是，当一个对象无法响应某一个请求的时候，它会顺着原型链把请求传递下去，指导遇到一个可以处理该请求的对象为止。

而在JavaScript中，每个对象都是从Object.prototype对象克隆而来的，如果是这样的话，我们只能得到单一的继承关系，即每个对象都继承自Object.prototype对象，这样的对象系统显然是非常受限的。

实际上，虽然Javascript的对象最初都是由Object.prototype对象克隆而来，但是构造器的原型并不仅限于Object.prototype上而是可以动态指向其他对象，这样一来，当对象a想要借用对象b的能力的时候可以有选择性的将 对象a的构造器的原型指向对象b从而实现继承的效果。

下面的代码使我们最常使用的原型继承方式：

var obj = { name: 'louis' };
var A = function () { };
A.prototype = obj;
var a = new A();
console.log(a.name); // louis

我们来梳理一下执行这段代码的时候引擎做了哪些事情：

  • 1.首先，尝试遍历对象a中的所有属性，但是没有找到name这个属性。
  • 2.查找name属性的这个请求被委托给a的构造器原型，它被a.proto记录并指向A.prototype,而 A.prototype被设置为对象obj
  • 3.在对象obj中找到了name属性，并返回它的值。

当我们期望得到一个“类”继承自另外一个“类”的效果时，往往会用下面的代码来模拟实现：

var A = function () { };
A.prototype = { name: 'louis' };

var B = function () { };
B.prototype = new A();

var b = new B();
console.log(b.name);  // louis

再看看这段代码执行的时候，引擎做了什么事情：

  • 1.首先，尝试遍历对象b中的所有属性，但是没有找到name这个属性
  • 2.查找name属性的请求被委托到对象b的构造器的原型，它被b.proto记录并指向 B.prototype 而B.prototype被设置为一个通过new A()创建出来的对象。
  • 3.在该对象中依然没有找到name属性，于是请求被继续委托给这个对象构造器的原型 A.prototype。
  • 4.在A.prototype中找到了name属性，并返回它的值。

和把B.prototype直接指向一个字面量对象相比，通过B.prototype = new A()形成的原型链比之前多了一层。但二者之间没有本质上的区别，都是将对象构造器的原型指向另外一个对象，继承总是发生在对象和对象之间。

最后还要留意一点，原型链并不是无限长的。现在我们尝试访问对象a的address属性。而对象b和它构造器的原型上都没有address属性，那么这个请求会被最终传递到哪里呢？

实际上，当请求达到A.prototype，并且在A.prototype中也没有找到address属性的时候，请求会被传递给A.prototype的构造器原型Object.prototype，显然Object.prototype中也没有address属性，但Object.prototype的原型是null，说明这时候原型链的后面已经没有别的节点了。所以该次请求就到此打住，a.address返回undefined。

a.address // 输出：undefined”

五、关于js的探索

ECMAScript6 带来了新的Class用法。这让js看起来更像是一门基于类的语言，但是其实背后仍然是通过原型机制来创建对象。
通过Class创建对象的一段简单的实例如下：

class Animal {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  getName() {
    return this.name;
  }
}

class Dog extends Animal {
  constructor(name) {
    super(name);
  }
  speak() {
    return "woof";
  }
}

var dog = new Dog("Scamp");
console.log(dog.getName() + ' says ' + dog.speak());

上面这段代码中，Dog 这个“类” 继承了“父类”Animal，虽然在Dog这个“类”中没有getName()这个方法，但是他继承了来自父亲的能力，同时也拥有自己的能力。有一点语法需要注意：constrcutor 和 后面的跟随的方法不需要加“，“号。
否则会报错。

六、总结：

这篇手记主要从四个方面介绍了js基于原型的一些规则：

  • 1.所有的数据都是对象。
  • 2.要得到一个对象，不是通过实例化类，而是找到一个对象作为原型并克隆它。
  • 3.对象会记住它的原型。
  • 4.如果对象无法响应某一个请求，它会把这个请求委托给它自己的原型。

我们可以把这种基于原型编程规范看成一种编程范式，它构成了js这门语言的根本，
通过原型模式实现面向系统虽然简单，但是同样强大。

以上

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