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通过原型这种机制,JavaScript 中的对象从其他对象继承功能特性;这种继承机制与经典的面向对象编程语言的继承机制不同。本文将探讨这些差别,解释原型链如何工作,并了解如何通过 prototype 属性向已有的构造器添加方法

预备知识: 基本的计算机素养,对 HTML 和 CSS 有基本的理解,熟悉 JavaScript 基础(参见 First stepsBuilding blocks)以及面向对象的JavaScript (OOJS) 基础(参见 Introduction to objects)。
目标: 理解 JavaScript 对象原型、原型链如何工作、如何向 prototype 属性添加新的方法。

基于原型的语言?

JavaScript 常被描述为一种基于原型的语言 (prototype-based language)——每个对象拥有一个原型对象,对象以其原型为模板、从原型继承方法和属性。原型对象也可能拥有原型,并从中继承方法和属性,一层一层、以此类推。这种关系常被称为原型链 (prototype chain),它解释了为何一个对象会拥有定义在其他对象中的属性和方法。

准确地说,这些属性和方法定义在 Object 的构造器函数之上,而非对象实例本身。

在传统的 OOP 中,首先定义“类”,此后创建对象实例时,类中定义的所有属性和方法都被复制到实例中。在 JavaScript 中并不如此复制——而是在对象实例和它的构造器之间建立一个连接(作为原型链中的一节),以后通过上溯原型链,在构造器中找到这些属性和方法。

以上描述很抽象;我们先看一个例子。

理解原型对象

让我们回到 Person() 构造器的例子。请把这个例子载入浏览器。如果你还没有看完上一篇文章并写好这个例子,也可以使用 oojs-class-further-exercises.html 中的例子(亦可参考源代码)。

本例中我们将定义一个构造器函数:

function Person(first, last, age, gender, interests) {
  
  // 属性与方法定义
  
};

然后创建一个对象实例:

var person1 = new Person('Bob', 'Smith', 32, 'male', ['music', 'skiing']);

在 JavaScript 控制台输入 "person1.",你会看到,浏览器将根据这个对象的可用的成员名称进行自动补全:

在这个列表中,你可以看到定义在 person1 的原型对象、即 Person() 构造器中的成员—— nameagegenderinterestsbiogreeting。同时也有一些其他成员—— watchvalueOf 等等——这些成员定义在 Person() 构造器的原型对象、即 Object 之上。下图展示了原型链的运作机制。

那么,调用 person1 的“实际定义在 Object 上”的方法时,会发生什么?比如:

person1.valueOf()

这个方法仅仅返回了被调用对象的值。在这个例子中发生了如下过程:

  • 浏览器首先检查,person1 对象是否具有可用的 valueOf() 方法。
  • 如果没有,则浏览器检查 person1 对象的原型对象(即 Person)是否具有可用的 valueof() 方法。
  • 如果也没有,则浏览器检查 Person() 构造器的原型对象(即 Object)是否具有可用的 valueOf() 方法。Object 具有这个方法,于是该方法被调用,

注意:必须重申,方法和属性没有被复制到原型链中的其他对象——它们只是通过前述的“上溯原型链”的方式访问。

注意:没有正式的方法用于直接访问一个对象的原型对象——原型链中的“连接”被定义在一个内部属性中,在 JavaScript 语言标准中用 [[prototype]] 表示(参见 ECMAScript)。然而,大多数现代浏览器还是提供了一个名为 __proto__ (前后各有2个下划线)的属性,其包含了对象的原型。你可以尝试输入 person1.__proto__person1.__proto__.__proto__,看看代码中的原型链是什么样的!

prototype 属性:继承成员被定义的地方

那么,那些继承的属性和方法在哪儿定义呢?如果你查看 Object 参考页,会发现左侧列出许多属性和方法——大大超过我们在 person1 对象中看到的继承成员的数量。某些属性或方法被继承了,而另一些没有——为什么呢?

原因在于,继承的属性和方法是定义在 prototype 属性之上的(你可以称之为子命名空间 (sub namespace) )——那些以 Object.prototype. 开头的属性,而非仅仅以 Object. 开头的属性。prototype 属性的值是一个对象,我们希望被原型链下游的对象继承的属性和方法,都被储存在其中。

于是 Object.prototype.watch()Object.prototype.valueOf() 等等成员,适用于任何继承自 Object() 的对象类型,包括使用构造器创建的新的对象实例。

Object.is()Object.keys(),以及其他不在 prototype 对象内的成员,不会被“对象实例”或“继承自 Object() 的对象类型”所继承。这些方法/属性仅能被 Object() 构造器自身使用。

注意:这看起来很奇怪——构造器本身就是函数,你怎么可能在构造器这个函数中定义一个方法呢?其实函数也是一个对象类型,你可以查阅 Function() 构造器的参考文档以确认这一点。

  1. 你可以检查已有的 prototype 属性。回到先前的例子,在 JavaScript 控制台输入:
    Person.prototype
  2. 输出并不多,毕竟我们没有为自定义构造器的原型定义任何成员。缺省状态下,构造器的 prototype 属性初始为空白。现在尝试:
    Object.prototype

你会看到 Objectprototype 属性上定义了大量的方法;如前所示,继承自 Object 的对象都可以使用这些方法。

JavaScript 中到处都是通过原型链继承的例子。比如,你可以尝试从 StringDateNumberArray 全局对象的原型中寻找方法和属性。它们都在原型上定义了一些方法,因此当你创建一个字符串时:

var myString = 'This is my string.';

myString 立即具有了一些有用的方法,如 split()indexOf()replace() 等。

重要prototype 属性大概是 JavaScript 中最容易混淆的名称之一。你可能会认为,这个属性指向当前对象的原型对象,其实不是(还记得么?原型对象是一个内部对象,应当使用 __proto__ 访问)。prototype 属性包含(指向)一个对象,你在这个对象中定义需要被继承的成员。

create()

我们曾经讲过如何用 Object.create() 方法创建新的对象实例。

  1. 例如,在上个例子的 JavaScript 控制台中输入:
    var person2 = Object.create(person1);
  2. create() 实际做的是从指定原型对象创建一个新的对象。这里以 person1 为原型对象创建了 person2 对象。在控制台输入:
    person2.__proto__

结果返回 person1 对象。

constructor 属性

每个对象实例都具有 constructor 属性,它指向创建该实例的构造器函数。

  1. 例如,在控制台中尝试下面的指令:
    person1.constructor
    person2.constructor

    都将返回 Person() 构造器,因为该构造器包含这些实例的原始定义。

    一个小技巧是,你可以在 constructor 属性的末尾添加一对圆括号(括号中包含所需的参数),从而用这个构造器创建另一个对象实例。毕竟构造器是一个函数,故可以通过圆括号调用;只需在前面添加 new 关键字,便能将此函数作为构造器使用。

  2. 在控制台中输入:
    var person3 = new person1.constructor('Karen', 'Stephenson', 26, 'female', ['playing drums', 'mountain climbing']);
  3. 现在尝试访问新建对象的属性,例如:
    person3.name.first
    person3.age
    person3.bio()

正常工作。通常你不会去用这种方法创建新的实例;但如果你刚好因为某些原因没有原始构造器的引用,那么这种方法就很有用了。

此外,constructor 属性还有其他用途。比如,想要获得某个对象实例的构造器的名字,可以这么用:

instanceName.constructor.name

具体地,像这样:

person1.constructor.name

修改原型

从我们从下面这个例子来看一下如何修改构造器的 prototype 属性。

  1. 回到 oojs-class-further-exercises.html 的例子,在本地为源代码创建一个副本。在已有的 JavaScript 的末尾添加如下代码,这段代码将为构造器的 prototype 属性添加一个新的方法:
    Person.prototype.farewell = function() {
      alert(this.name.first + ' has left the building. Bye for now!');
    }
  2. 保存代码,在浏览器中加载页面,然后在控制台输入:
    person1.farewell();

你会看到一条警告信息,其中还显示了构造器中定义的人名;这很有用。但更关键的是,整条继承链动态地更新了,任何由此构造器创建的对象实例都自动获得了这个方法。

再想一想这个过程。我们的代码中定义了构造器,然后用这个构造器创建了一个对象实例,此后向构造器的 prototype 添加了一个新的方法:

function Person(first, last, age, gender, interests) {

  // 属性与方法定义

};

var person1 = new Person('Tammi', 'Smith', 32, 'neutral', ['music', 'skiing', 'kickboxing']);

Person.prototype.farewell = function() {
  alert(this.name.first + ' has left the building. Bye for now!');
}

但是 farewell() 方法仍然可用于 person1 对象实例——旧有对象实例的可用功能被自动更新了。这证明了先前描述的原型链模型。这种继承模型下,上游对象的方法不会复制到下游的对象实例中;下游对象本身虽然没有定义这些方法,但浏览器会通过上溯原型链、从上游对象中找到它们。这种继承模型提供了一个强大而可扩展的功能系统。

注意:如果运行样例时遇到问题,请参阅 oojs-class-prototype.html 样例(也可查看即时运行)。

你很少看到属性定义在 prototype 属性中,因为如此定义不够灵活。比如,你可以添加一个属性:

Person.prototype.fullName = 'Bob Smith';

但这不够灵活,因为人们可能不叫这个名字。用 name.firstname.last 组成 fullName 会好很多:

Person.prototype.fullName = this.name.first + ' ' + this.name.last;

然而,这么做是无效的,因为本例中 this 引用全局范围,而非函数范围。访问这个属性只会得到 undefined undefined。但这个语句若放在先前定义的 prototype 的方法中则有效,因为此时语句位于函数范围内,从而能够成功地转换为对象实例范围。你可能会在 prototype 上定义常属性 (constant property) (指那些你永远无需改变的属性),但一般来说,在构造器内定义属性更好。

译者注:关于 this 关键字指代(引用)什么范围/哪个对象,这个问题超出了本文讨论范围。事实上,这个问题有点复杂,如果现在你没能理解,也不用担心。

事实上,一种极其常见的对象定义模式是,在构造器(函数体)中定义属性、在 prototype 属性上定义方法。如此,构造器只包含属性定义,而方法则分装在不同的代码块,代码更具可读性。例如:

// 构造器及其属性定义

function Test(a,b,c,d) {
  // 属性定义
};

// 定义第一个方法

Test.prototype.x = function () { ... }

// 定义第二个方法

Test.prototype.y = function () { ... }

// 等等……

在 Piotr Zalewa 的 school plan app 样例中可以看到这种模式。

总结

本文介绍了 JavaScript 对象原型,包括原型链如何允许对象之间继承特性、prototype 属性、如何通过它来向构造器添加方法,以及其他有关主题。

下一篇文章中,我们将了解如何在两个自定义的对象间实现功能的继承。

文档标签和贡献者

 此页面的贡献者: zhuangyin8, JX-Master, WavinFlag
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