Join MDN and developers like you at Mozilla's View Source conference, 12-14 September in Berlin, Germany. Learn more at https://viewsourceconf.org

Наследование и цепочка прототипов

Эта статья нуждается в редакционном обзоре. Как вы можете помочь.

Модель наследования в JavaScript может озадачить опытных разработчиков на высокоуровневых объектно-ориентированных языках (таких, например, как Java или C++), так как она динамическая и не включает в себя реализацию понятия class (хотя ключевое слово class и является зарезервированным, т.е., не может быть использовано в качестве имени переменной).

В плане наследования JavaScript работает лишь с одной сущностью: объектами. Каждый объект имеет внутреннюю ссылку на другой объект, называемый его прототипом. У объекта-прототипа также есть свой собственный прототип и так далее до тех пор, пока цепочка не завершится объектом, у которого свойство prototype равно null. null, по определению, не имеет прототипа и служит в качестве завершающего звена в цепочке прототипов.

Хотя прототипную модель наследования некоторые относят к недостаткам JavaScript, на самом деле она мощнее классической. К примеру, поверх неё можно предельно просто реализовать классическое наследование, а вот попытки совершить обратное непременно вынудят Вас попотеть.

Наследование с цепочкой прототипов

Наследование свойств

Объекты в JavaScript - это как бы динамические "контейнеры", наполненные свойствами (называемыми собственными свойствами) и у каждого объекта есть при этом ссылка на свой объект-прототип. При попытке получить доступ к какому-либо свойству объекта происходит следующее:

// Допустим, у нас есть объект 'o' с цепочкой прототипов выглядящей как:
// {a:1, b:2} ---> {b:3, c:4} ---> null
// где 'a' и 'b' - собственные свойства объекта 'o'.

// В этом примере someObject.[[Prototype]] означает прототип someObject.
// Это упрощённая нотация (описанная в стандарте ECMAScript). Она не может быть использована в скриптах.

console.log(o.a); // 1
// Есть ли у объекта 'o' собственное свойство 'a'? Да, и его значение равно 1

console.log(o.b); // 2
// Есть ли у объекта 'o' собственное свойство 'b'? Да, и его значение равно 2
// У прототипа тоже есть свойство 'b', но обращения к нему в данном случае не происходит. Это и называется "property shadowing"

console.log(o.c); // 4
// Есть ли у объекта 'o' собственное свойство 'с'? Нет, тогда поищем его в прототипе.
// Есть ли у объекта o.[[Prototype]] собственное свойство 'с'? Да, оно равно 4

console.log(o.d); // undefined
// Есть ли у объекта 'o' собственное свойство 'd'? Нет, тогда поищем его в прототипе.
// Есть ли у объекта o.[[Prototype]] собственное свойство 'd'? Нет, продолжаем поиск по цепочке прототипов.
// o.[[Prototype]].[[Prototype]] равно null, прекращаем поиск, свойство не найдено, возвращаем undefined

При добавлении к объекту нового свойства создаётся новое собственное свойство (own property). Единственным исключением из этого правила являются наследуемые свойства, имеющие getter или setter.

Наследование "методов"

JavaScript не имеет "методов" в смысле, принятом в классической модели ООП. В JavaScript любая функция может быть добавлена к объекту в виде его свойства. Унаследованная функция ведёт себя точно так же, как любое другое свойство объекта, в том числе и в плане "затенения свойств" (property shadowing), как показано в примере выше (в данном конкретном случае это форма переопределения метода - method overriding).

В области видимости унаследованной функции ссылка this указывает на наследуемый объект, а не на прототип, в котором данная функция является собственным свойством.

var o = {
  a: 2,
  m: function(){
    return this.a + 1;
  }
};

console.log(o.m()); // 3
// в этом случае при вызове 'o.m' this указывает на 'o'

var p = Object.create(o);
// 'p' - наследник 'o'

p.a = 12; // создаст собственное свойство 'a' объекта 'p'
console.log(p.m()); // 13
// при вызове 'p.m' this указывает на 'p'.
// т.е. когда 'p' наследует функцию 'm' объекта 'o', this.a означает 'p.a', собственное свойство 'a' объекта 'p'

Различные способы создания объектов и получаемые в итоге цепочки прототипов

Создание объектов с помощью литералов

var o = {a: 1};

// Созданный объект 'o' имеет Object.prototype в качестве своего [[Prototype]]
// 'o' не имеет собственное свойство 'hasOwnProperty'
// hasOwnProperty - это собственное свойство Object.prototype. Таким образом 'o' наследует hasOwnProperty от Object.prototype
// Object.prototype в качестве прототипа имеет null.
// o ---> Object.prototype ---> null

var a = ["yo", "whadup", "?"];

// Массивы наследуются от Array.prototype (у которого есть такие методы, как indexOf, forEach и т.п.).
// Цепочка прототипов при этом выглядит так:
// a ---> Array.prototype ---> Object.prototype ---> null

function f(){
  return 2;
}

// Функции наследуются от Function.prototype (у которого есть такие методы, как call, bind и т.п.):
// f ---> Function.prototype ---> Object.prototype ---> null

Создание объектов с помощью конструктора

В JavaScript "конструктор" - это "просто" функция, вызываемая с оператором new.

function Graph() {
  this.vertexes = [];
  this.edges = [];
}

Graph.prototype = {
  addVertex: function(v){
    this.vertexes.push(v);
  }
}

var g = new Graph();
// объект 'g' имеет собственные свойства 'vertexes' и 'edges'.
// g.[[Prototype]] принимает значение Graph.prototype при выполнении new Graph().

Object.create

В ECMAScript 5 представлен новый метод создания объектов: Object.create. Прототип создаваемого объекта указывается в первом аргументе этого метода:

var a = {a: 1}; 
// a ---> Object.prototype ---> null

var b = Object.create(a);
// b ---> a ---> Object.prototype ---> null
console.log(b.a); // 1 (унаследовано)

var c = Object.create(b);
// c ---> b ---> a ---> Object.prototype ---> null

var d = Object.create(null);
// d ---> null
console.log(d.hasOwnProperty); // undefined, т.к. 'd' не наследуется от Object.prototype

Используя ключевое слово class

С выходом ECMAScript 6 появился целый набор ключевых слов, реализующих классы. Они могут показаться знакомыми людям, изучавшим языки, основанные на классах, но есть существенные отличия. JavaScript был и остаётся прототипно-ориентированным языком. Новые ключевые слова: "class", "constructor", "static", "extends" и "super".

"use strict";

class Polygon {
  constructor(height, width) {
    this.height = height;
    this.width = width;
  }
}

class Square extends Polygon {
  constructor(sideLength) {
    super(sideLength, sideLength);
  }
  get area() {
    return this.height * this.width;
  }
  set sideLength(newLength) {
    this.height = newLength;
    this.width = newLength;
  }
}

var square = new Square(2);

Эффективность

Длительное время поиска свойств, располагающихся относительно высоко в цепочке прототипов, может негативно сказаться на эффективности, особенно в критических в этом смысле местах кода. Кроме того, попытка найти несуществующие свойства неизбежно приведет к проверке на их наличие у всех объектов цепочки прототипов.

Кроме того, при циклическом переборе свойств объекта будет обработано каждое свойство, присутствующее в цепочке прототипов.

Если вам необходимо проверить, определено ли свойство у самого объекта, а не где-то в его цепочке прототипов, вы можете использовать метод hasOwnProperty, который все объекты наследуют от Object.prototype.

hasOwnProperty — единственная существующая в JavaScript возможность работать со свойствами, не затрагивая цепочку прототипов. 

Примечание: Для проверки существования свойства недостаточно проверять, эквивалентно ли оно undefined. Свойство может вполне себе существовать, но при этом ему может быть присвоено значение undefined.

Нехорошая практика: Расширение базовых прототипов

Одной из частых ошибок является расширение Object.prototype или других базовых прототипов.

Эта технология, называемая monkey patching, нарушает принцип инкапсуляции. Несмотря на то, что она используется в широко распространенных фреймворках, таких как Prototype.js, на настоящий момент не существует разумных причин для ее использования, так как в данном случае встроенные типы "захламляются" дополнительной нестандартной функциональностью.

Единственным оправданием расширения базовых прототипов является лишь эмуляция новых возможностей, таких как Array.forEach, для неподдерживающих их старых версий языка.

Примеры

B наследует от A:

function A(a){
  this.varA = a;
}

// What is the purpose of including varA in the prototype when A.prototype.varA will always be shadowed by
// this.varA, given the definition of function A above?
A.prototype = {
  varA : null,  // Shouldn't we strike varA from the prototype as doing nothing?
      // perhaps intended as an optimization to allocate space in hidden classes?
      // https://developers.google.com/speed/articles/optimizing-javascript#Initializing instance variables
      // would be valid if varA wasn't being initialized uniquely for each instance
  doSomething : function(){
    // ...
  }
}

function B(a, b){
  A.call(this, a);
  this.varB = b;
}
B.prototype = Object.create(A.prototype, {
  varB : {
    value: null, 
    enumerable: true, 
    configurable: true, 
    writable: true 
  },
  doSomething : { 
    value: function(){ // override
      A.prototype.doSomething.apply(this, arguments); // call super
      // ...
    },
    enumerable: true,
    configurable: true, 
    writable: true
  }
});
B.prototype.constructor = B;

var b = new B();
b.doSomething();

Важно:

  • Типы определяются в .prototype
  • Для наследования используется Object.create()

prototype и Object.getPrototypeOf

Как уже упоминали, JavaScript может запутать разработчиков на Java или C++, ведь в нём совершенно нет классов. Всё что мы имеем лишь объекты. Даже те "classes", которые мы имитировали в статье, тоже являются функциональными объектами.

Вы наверняка заметили, что у function A есть особое свойство prototype. Это свойство работает с оператором new. Ссылка на объект-прототип копируется во внутреннее свойство [[Prototype]] нового объекта. Например, в этом случае var a1 = new A(), JavaScript (после создания объекта в памяти и до выполнения функции function A() ) устанавливает a1.[[Prototype]] = A.prototype. Потом, при попытке доступа к свойству нового экземпляра объекта, JavaScript проверяет, принадлежит ли свойство непосредственно объекту. Если нет, то интерпретатор ищет в свойстве [[Prototype]]. Всё, что было определено в prototype в равной степени доступно и всем экземплярам данного объекта. При внесении изменений в prototype все эти изменения сразу же становятся доступными и всем экземплярам объекта.

[[Prototype]] работает рекурсивно, то есть при вызове:

var o = new Foo();

JavaScript на самом деле выполняет что-то подобное:

var o = new Object();
o.[[Prototype]] = Foo.prototype;
Foo.call(o);

а когда вы делаете так:

o.someProp;

JavaScript проверяет, есть ли у o свойство someProp. Если нет, проверяется Object.getPrototypeOf(o).someProp и если и там нет, то ищет в Object.getPrototypeOf(Object.getPrototypeOf(o)).someProp и так далее.

Заключение

Перед тем как приступать к написанию сложного кода с использованием прототипной модели наследования, важно иметь четкое представление о том, как она работает. Также, во избежание возможных проблем с эффективностью вашего кода, не следует забывать о длине цепочек прототипов, укорачивая их при каждом удобном случае. Кроме того, не следует расширять базовые прототипы иначе как в целях обеспечения совместимости с более поздними версиями JavaScript.

Метки документа и участники

 Внесли вклад в эту страницу: ChesterFobitt, Saviloff, Kapiroska, fscholz, xxxxx0438, SRastrigin, Natalya_Surikova, Rast1234, teoli, Nick_Pershin
 Обновлялась последний раз: ChesterFobitt,