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JavaScript prototype 对象

2017-06-23 15:08:51 更新

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，cat1和cat2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Animal的prototype对象，就是实例对象cat1和cat2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cat1的color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含义，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，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MyArray的prototype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mine为Array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();
};

这也提供了继承模式的一种实现。

function Super() {}

function Sub() {
  Sub.superclass.constructor.call(this);
}

Sub.superclass = new Super();

上面代码中，Super和Sub都是构造函数，在Sub内部的this上调用Super，就会形成Sub继承Super的效果。

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，a是A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 (...) { ... },
  // ...
};

// 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。它的运算实质是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Date和Object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，undefined和null不是对象，所以instanceOf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a的x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()

Object.create方法用于从原型对象生成新的实例对象，可以替代new命令。

它接受一个对象作为参数，返回一个新对象，后者完全继承前者的属性，即原有对象成为新对象的原型。

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

var B = Object.create(A);

B.print() // hello
B.print === A.print // true

上面代码中，Object.create方法在A的基础上生成了B。此时，A就成了B的原型，B就继承了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 (o) {
    function F() {}
    F.prototype = o;
    return new F();
  };
}

上面代码表示，Object.create方法实质是新建一个构造函数F，然后让F的prototype属性指向作为原型的对象o，最后返回一个F的实例，从而实现让实例继承o的属性。

下面三种方式生成的新对象是等价的。

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

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

var o = Object.create(null);

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

上面代码表示，如果对象o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，否则会报错。

Object.create()
// 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 o1 = { p: 1 };
var o2 = Object.create(o1);

o1.p = 2;
o2.p
// 2

上面代码表示，修改对象原型会影响到新生成的对象。

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，会添加到新对象。

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

// 等同于
var o = Object.create({});
o.p1 = 123;
o.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，A和B的print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（Object或obj.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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