对象原型

原型是 JavaScript 对象相互继承特性的机制。在这篇文章中,我们将解释什么是原型,原型链如何工作,以及如何为一个对象设置原型。

前提: 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 JavaScript 第一步创建 JavaScript 代码块)以及面向对象的 JavaScript(OOJS)基础(参见对象简介)。
目标: 理解 JavaScript 对象原型、原型链如何工作、如何设置对象的原型。

原型链

在浏览器控制台中,试着创建一个对象字面量:

js
const myObject = {
  city: "Madrid",
  greet() {
    console.log(`来自 ${this.city} 的问候`);
  },
};
myObject.greet(); // 来自 Madrid 的问候

这里有一个对象,它具有数据属性 city 和方法 greet()。如果你在控制台中输入对象的名称,然后跟随一个小数点(如同 myObject.),控制台会列出该对象可用的一系列属性。你会看到,除了 citygreet 外,还有很多其他属性!

__defineGetter__
__defineSetter__
__lookupGetter__
__lookupSetter__
__proto__
city
constructor
greet
hasOwnProperty
isPrototypeOf
propertyIsEnumerable
toLocaleString
toString
valueOf

试着访问其中一个:

js
myObject.toString(); // "[object Object]"

它可以成功调用(即使你不知道 toString() 到底在做什么)。

这些额外的属性是什么,它们是从哪里来的?

JavaScript 中所有的对象都有一个内置属性,称为它的 prototype(原型)。它本身是一个对象,故原型对象也会有它自己的原型,逐渐构成了原型链。原型链终止于拥有 null 作为其原型的对象上。

备注: 指向对象原型的属性并prototype。它的名字不是标准的,但实际上所有浏览器都使用 __proto__。访问对象原型的标准方法是 Object.getPrototypeOf()

当你试图访问一个对象的属性时:如果在对象本身中找不到该属性,就会在原型中搜索该属性。如果仍然找不到该属性,那么就搜索原型的原型,以此类推,直到找到该属性,或者到达链的末端,在这种情况下,返回 undefined

所以,在调用 myObject.toString() 时,浏览器做了这些事情:

  • myObject 中寻找 toString 属性
  • myObject 中找不到 toString 属性,故在 myObject 的原型对象中寻找 toString
  • 其原型对象拥有这个属性,然后调用它。

myObject 的原型是什么?为了找到答案,我们可以使用 Object.getPrototypeOf() 函数:

js
Object.getPrototypeOf(myObject); // Object { }

有个对象叫 Object.prototype,它是最基础的原型,所有对象默认都拥有它。Object.prototype 的原型是 null,所以它位于原型链的终点:

myObject 的原型链

一个对象的原型并不总是 Object.prototype,试试这段代码:

js
const myDate = new Date();
let object = myDate;

do {
  object = Object.getPrototypeOf(object);
  console.log(object);
} while (object);

// Date.prototype
// Object { }
// null

这段代码创建了 Date 对象,然后遍历了它的原型链,记录并输出了原型。从中我们知道 myDate 的原型是 Date.prototype 对象,Date.prototype)的原型是 Object.prototype

myDate 的原型链

实际上,如果调用了你所熟悉的方法(如 myDate2.getMonth()),是在 Date.prototype 上定义的方法调用的。

属性遮蔽

如果你在一个对象中定义了一个属性,而在该对象的原型中定义了一个同名的属性,会发生什么?我们来看看:

js
const myDate = new Date(1995, 11, 17);

console.log(myDate.getYear()); // 95

myDate.getYear = function () {
  console.log("别的东西!");
};

myDate.getYear(); // '别的东西!'

鉴于对原型链的描述,这应该是可以预测的。当我们调用 getYear() 时,浏览器首先在 myDate 中寻找具有该名称的属性,如果 myDate 没有定义该属性,才检查原型。因此,当我们给 myDate 添加 getYear() 时,就会调用 myDate 中的版本。

这叫做属性的“遮蔽”。

设置原型

在 JavaScript 中,有多种设置对象原型的方法,这里我们将介绍两种:Object.create() 和构造函数。

使用 Object.create

Object.create() 方法创建一个新的对象,并允许你指定一个将被用作新对象原型的对象。

这里有个示例:

js
const personPrototype = {
  greet() {
    console.log("hello!");
  },
};

const carl = Object.create(personPrototype);
carl.greet(); // hello!

这里我们创建了一个 personPrototype 对象,它有一个 greet() 方法。然后我们使用 Object.create() 来创建一个以 personPrototype 为原型的新对象。现在我们可以在新对象上调用 greet(),而原型提供了它的实现。

使用构造函数

在 JavaScript 中,所有的函数都有一个名为 prototype 的属性。当你调用一个函数作为构造函数时,这个属性被设置为新构造对象的原型(按照惯例,在名为 __proto__ 的属性中)。

因此,如果我们设置一个构造函数的 prototype,我们可以确保所有用该构造函数创建的对象都被赋予该原型:

js
const personPrototype = {
  greet() {
    console.log(`你好,我的名字是 ${this.name}`);
  },
};

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

Object.assign(Person.prototype, personPrototype);
// 或
// Person.prototype.greet = personPrototype.greet;

这里我们:

  • 创建了一个 personPrototype 对象,它具有 greet() 方法
  • 创建了一个 Person() 构造函数,它初始化了要创建人物对象的名字

然后我们使用 Object.assignpersonPrototype 中定义的方法绑定到 Person 函数的 prototype 属性上。

在这段代码之后,使用 Person() 创建的对象将获得 Person.prototype 作为其原型,其中自动包含 greet 方法。

js
const reuben = new Person("Reuben");
reuben.greet(); // 你好,我的名字是 Reuben!

这也解释了为什么我们之前说 myDate 的原型被称为 Date.prototype:它是 Date 构造函数的 prototype 属性。

自有属性

我们使用上面的 Person 构造函数创建的对象有两个属性:

  • name 属性,在构造函数中设置,在 Person 对象中可以直接看到
  • greet() 方法,在原型中设置

我们经常看到这种模式,即方法是在原型上定义的,但数据属性是在构造函数中定义的。这是因为方法通常对我们创建的每个对象都是一样的,而我们通常希望每个对象的数据属性都有自己的值(就像这里每个人都有不同的名字)。

直接在对象中定义的属性,如这里的name,被称为自有属性,你可以使用静态方法 Object.hasOwn() 检查一个属性是否是自有属性:

js
const irma = new Person("Irma");

console.log(Object.hasOwn(irma, "name")); // true
console.log(Object.hasOwn(irma, "greet")); // false

备注: 你也可以在这里使用非静态方法 Object.hasOwnProperty(),但我们推荐尽可能使用 Object.hasOwn() 方法。

原型与继承

原型是 JavaScript 的一个强大且非常灵活的功能,使得重用代码和组合对象成为可能。

特别是它们支持某种意义的继承。继承是面向对象的编程语言的一个特点,它让程序员表达这样的想法:系统中的一些对象是其他对象的更专门的版本。

例如,如果我们正在为一所学校建模,我们可能有教授学生:他们都是,所以有一些共同的特征(例如,他们都有名字),但每个人都可能增加额外的特征(例如,教授有一个他们所教的科目),或者可能以不同的方式实现同一个特征。在一个 OOP 系统中,我们可以说教授和学生都继承自人。

你可以看到在 JavaScript 中,如果 ProfessorStudent 对象具有原型 Person,那么他们可以继承共同的属性,同时增加和重新定义那些需要不同的属性。

在下一篇文章中,我们将与面向对象编程语言的其他主要特征一起讨论继承,并看看 JavaScript 是如何支持它们的。

总结

本文介绍了 JavaScript 对象原型,包括原型对象链如何允许对象相互继承特性,原型属性以及如何使用它来为构造函数添加方法,以及其他相关主题。

在下一篇文章中,我们将了解面向对象编程的基本概念。