前端进击面试笔记 - 03 | JavaScript 如何实现继承？ - 《📚 技术修行》

原型对象和对象是什么关系
使用 prototype 和 proto 实现继承
通过原型链访问对象的方法和属性
小结

JavaScript 在编程语言界是个异类，它和其他编程语言很不一样，JavaScript 可以在运行的时候动态地改变某个变量的类型。

比如你永远也没法想到像isTimeout这样一个变量可以存在多少种类型，除了布尔值true和false，它还可能是undefined、1和0、一个时间戳，甚至一个对象。

又或者你的代码跑异常了，打开浏览器开始断点，发现InfoList这个变量第一次被赋值的时候是个数组[{name: 'test1', value: '11'}, {name: 'test2', value: '22'}]，过了一会竟然变成了一个对象{test1:'11', test2: '22'}

除了变量可以在运行时被赋值为任何类型以外，JavaScript 中也能实现继承，但它不像 Java、C++、C# 这些编程语言一样基于类来实现继承，而是基于原型进行继承。

这是因为 JavaScript 中有个特殊的存在：对象。每个对象还都拥有一个原型对象，并可以从中继承方法和属性。

提到对象和原型，你曾经是否有过这些疑惑：

JavaScript 的函数怎么也是个对象？
__proto__和prototype到底是啥关系？
JavaScript 中对象是怎么实现继承的？
JavaScript 是怎么访问对象的方法和属性的？

下面我们一起结合问题，来探讨下 JavaScript 对象和继承。

原型对象和对象是什么关系

在 JavaScript 中，对象由一组或多组的属性和值组成：

{
  key1: value1,
  key2: value2,
  key3: value3,
}

在 JavaScript 中，对象的用途很是广泛，因为它的值既可以是原始类型（number、string、boolean、null、undefined、bigint和symbol），还可以是对象和函数。

不管是对象，还是函数和数组，它们都是Object的实例，也就是说在 JavaScript 中，除了原始类型以外，其余都是对象。

这也就解答了疑惑 1：JavaScript 的函数怎么也是个对象？

在 JavaScript 中，函数也是一种特殊的对象，它同样拥有属性和值。所有的函数会有一个特别的属性prototype，该属性的值是一个对象，这个对象便是我们常说的 “原型对象”。

我们可以在控制台打印一下这个属性：

function Person(name) {
this.name = name;
}
console.log(Person.prototype);

打印结果显示为：

03 | JavaScript 如何实现继承？ - 图1

可以看到，该原型对象有两个属性：constructor和__proto__。

到这里，我们仿佛看到疑惑 “2：__proto__和prototype到底是啥关系？” 的答案要出现了。在 JavaScript 中，__proto__属性指向对象的原型对象，对于函数来说，它的原型对象便是prototype。函数的原型对象prototype有以下特点：

默认情况下，所有函数的原型对象（prototype）都拥有constructor属性，该属性指向与之关联的构造函数，在这里构造函数便是Person函数；
Person函数的原型对象（prototype）同样拥有自己的原型对象，用__proto__属性表示。前面说过，函数是Object的实例，因此Person.prototype的原型对象为Object.prototype。

我们可以用这样一张图来描述prototype、__proto__和constructor三个属性的关系：

03 | JavaScript 如何实现继承？ - 图2

从这个图中，我们可以找到这样的关系：

在 JavaScript 中，__proto__属性指向对象的原型对象；
对于函数来说，每个函数都有一个prototype属性，该属性为该函数的原型对象。

这是否就是疑惑 2 的完整答案呢？并不全是，在 JavaScript 中还可以通过prototype和__proto__实现继承。

使用 prototype 和 proto 实现继承

前面我们说过，对象之所以使用广泛，是因为对象的属性值可以为任意类型。因此，属性的值同样可以为另外一个对象，这意味着 JavaScript 可以这么做：通过将对象 A 的__proto__属性赋值为对象 B，即A.__proto__ = B，此时使用A.__proto__便可以访问 B 的属性和方法。

这样，JavaScript 可以在两个对象之间创建一个关联，使得一个对象可以访问另一个对象的属性和方法，从而实现了继承，此时疑惑 “3. JavaScript 中对象是怎么实现继承的？” 解答完毕。

那么，JavaScript 又是怎样使用prototype和__proto__实现继承的呢？

继续以Person为例，当我们使用new Person()创建对象时，JavaScript 就会创建构造函数Person的实例，比如这里我们创建了一个叫 “Lily” 的Person：

var lily = new Person("Lily");

上述这段代码在运行时，JavaScript 引擎通过将Person的原型对象prototype赋值给实例对象lily的__proto__属性，实现了lily对Person的继承，即执行了以下代码：

var lily = {};
lily.__proto__ = Person.prototype;
Person.call(lily, "Lily");

我们来打印一下lily实例：

03 | JavaScript 如何实现继承？ - 图3

可以看到，lily作为Person的实例对象，它的__proto__指向了Person的原型对象，即Person.prototype。

这时，我们再补充下上图中的关系：

03 | JavaScript 如何实现继承？ - 图4

从这幅图中，我们可以清晰地看到构造函数和constructor属性、原型对象（prototype）和__proto__、实例对象之间的关系，这是很多初学者容易搞混的。根据这张图，我们可以得到以下的关系：

每个函数的原型对象（Person.prototype）都拥有constructor属性，指向该原型对象的构造函数（Person）；
使用构造函数（new Person()）可以创建对象，创建的对象称为实例对象（lily）；
实例对象通过将__proto__属性指向构造函数的原型对象（Person.prototype），实现了该原型对象的继承。

那么现在，关于疑惑 2 中__proto__和prototype的关系，我们可以得到这样的答案：

每个对象都有__proto__属性来标识自己所继承的原型对象，但只有函数才有prototype属性；
对于函数来说，每个函数都有一个prototype属性，该属性为该函数的原型对象；
通过将实例对象的__proto__属性赋值为其构造函数的原型对象prototype，JavaScript 可以使用构造函数创建对象的方式，来实现继承。

现在我们知道，一个对象可通过__proto__访问原型对象上的属性和方法，而该原型同样也可通过__proto__访问它的原型对象，这样我们就在实例和原型之间构造了一条原型链。这里我用红色的线将lily实例的原型链标了出来。

03 | JavaScript 如何实现继承？ - 图5

下面一起来进行疑惑 4 “JavaScript 是怎么访问对象的方法和属性的？” 的解答：在 JavaScript 中，是通过遍历原型链的方式，来访问对象的方法和属性。

通过原型链访问对象的方法和属性

当 JavaScript 试图访问一个对象的属性时，会基于原型链进行查找。查找的过程是这样的：

首先会优先在该对象上搜寻。如果找不到，还会依次层层向上搜索该对象的原型对象、该对象的原型对象的原型对象等（套娃告警）；
JavaScript 中的所有对象都来自Object，Object.prototype.__proto__ === null。null没有原型，并作为这个原型链中的最后一个环节；
JavaScript 会遍历访问对象的整个原型链，如果最终依然找不到，此时会认为该对象的属性值为undefined。

我们可以通过一个具体的例子，来表示基于原型链的对象属性的访问过程，在该例子中我们构建了一条对象的原型链，并进行属性值的访问：

var o = {a: 1, b: 2};
o.__proto__ = {b: 3, c: 4};
{a:1, b:2} ---> {b:3, c:4} ---> null
console.log(o.a); 
console.log(o.b); 
console.log(o.c); 
console.log(o.d);

可以看到，当我们对对象进行属性值的获取时，会触发该对象的原型链查找过程。

既然 JavaScript 中会通过遍历原型链来访问对象的属性，那么我们可以通过原型链的方式进行继承。

也就是说，可以通过原型链去访问原型对象上的属性和方法，我们不需要在创建对象的时候给该对象重新赋值 / 添加方法。比如，我们调用lily.toString()时，JavaScript 引擎会进行以下操作：

先检查lily对象是否具有可用的toString()方法；
如果没有，则`检查lily的原型对象（Person.prototype）是否具有可用的toString()`方法；
如果也没有，则检查Person()构造函数的prototype属性所指向的对象的原型对象（即Object.prototype）是否具有可用的toString()方法，于是该方法被调用。

由于通过原型链进行属性的查找，需要层层遍历各个原型对象，此时可能会带来性能问题：

当试图访问不存在的属性时，会遍历整个原型链；
在原型链上查找属性比较耗时，对性能有副作用，这在性能要求苛刻的情况下很重要。

因此，我们在设计对象的时候，需要注意代码中原型链的长度。当原型链过长时，可以选择进行分解，来避免可能带来的性能问题。

除了通过原型链的方式实现 JavaScript 继承，JavaScript 中实现继承的方式还包括经典继承 (盗用构造函数)、组合继承、原型式继承、寄生式继承，等等。

原型链继承方式中引用类型的属性被所有实例共享，无法做到实例私有；
经典继承方式可以实现实例属性私有，但要求类型只能通过构造函数来定义；
组合继承融合原型链继承和构造函数的优点，它的实现如下：

function Parent(name) {
this.name = name;
}
Parent.prototype.speak = function() {
  console.log("hello");
};
function Child(name) {
  Parent.call(this, name);
}
Child.prototype = new Parent();

组合继承模式通过将共享属性定义在父类原型上、将私有属性通过构造函数赋值的方式，实现了按需共享对象和方法，是 JavaScript 中最常用的继承模式。

虽然在继承的实现方式上有很多种，但实际上都离不开原型对象和原型链的内容，因此掌握__proto__和prototype、对象的继承等这些知识，是我们实现各种继承方式的前提。

小结

关于 JavaScript 的原型和继承，常常会在我们面试题中出现。随着 ES6/ES7 等新语法糖的出现，我们在日常开发中可能更倾向于使用class/extends等语法来编写代码，原型继承等概念逐渐变淡。

但不管语法糖怎么先进，JavaScript 的设计在本质上依然没有变化，依然是基于原型来实现继承的。如果不了解这些内容，可能在我们遇到一些超出自己认知范围的内容时，很容易束手无策。

现在，本文开始的四个疑惑我都在文中进行解答了，现在该轮到你了：

JavaScript 的函数和对象是怎样的关系？
__proto__和prototype都表示原型对象，它们有什么区别呢？
JavaScript 中对象的继承和原型链是什么关系？

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