一篇文章告訴你JavaScript如何實現繼承
背景簡介
JavaScript 在編程語言界是個特殊種類，它和其他編程語言很不一樣，JavaScript 可以在運行的時候動態地改變某個變量的類型。
比如你永遠也沒法想到像isTimeout這樣一個變量可以存在多少種類型，除了布爾值true和false，它還可能是undefined、1和0、一個時間戳，甚至一個對象。
如果代碼跑異常，打開瀏覽器,開始斷點調試，發現InfoList這個變量第一次被賦值的時候是個數組:
- [{name: 'test1', value: '11'}, {name: 'test2', value: '22'}]
過了一會竟然變成了一個對象:
- {test1:'11', test2: '22'}
除了變量可以在運行時被賦值為任何類型以外，JavaScript 中也能實現繼承，但它不像 Java、C++、C# 這些編程語言一樣基于類來實現繼承，而是基于原型進行繼承。
這是因為 JavaScript 中有個特殊的存在：對象。每個對象還都擁有一個原型對象，并可以從中繼承方法和屬性。
提到對象和原型，有如下問題：
- JavaScript 的函數怎么也是個對象?
- proto和prototype到底是啥關系?
- JavaScript 中對象是怎么實現繼承的?
- JavaScript 是怎么訪問對象的方法和屬性的?
原型對象和對象的關系
在 JavaScript 中，對象由一組或多組的屬性和值組成：
- {
- key1: value1,
- key2: value2,
- key3: value3,
- }
在 JavaScript 中，對象的用途很是廣泛，因為它的值既可以是原始類型(number、string、boolean、null、undefined、bigint和symbol)，還可以是對象和函數。
不管是對象，還是函數和數組，它們都是Object的實例，也就是說在 JavaScript 中，除了原始類型以外，其余都是對象。
這也就解答了問題1：JavaScript 的函數怎么也是個對象?
在 JavaScript 中，函數也是一種特殊的對象，它同樣擁有屬性和值。所有的函數會有一個特別的屬性prototype，該屬性的值是一個對象，這個對象便是我們常說的“原型對象”。
我們可以在控制臺打印一下這個屬性：
- function Person(name) {
- this.name = name;
- }
- console.log(Person.prototype);
打印結果顯示為：
可以看到，該原型對象有兩個屬性：constructor和proto。
到這里，我們仿佛看到疑惑 “2：proto和prototype到底是啥關系?”的答案要出現了。在 JavaScript 中，proto屬性指向對象的原型對象，對于函數來說，它的原型對象便是prototype。函數的原型對象prototype有以下特點：
- 默認情況下，所有函數的原型對象(prototype)都擁有constructor屬性，該屬性指向與之關聯的構造函數，在這里構造函數便是Person函數;
- Person函數的原型對象(prototype)同樣擁有自己的原型對象，用proto屬性表示。前面說過，函數是Object的實例，因此Person.prototype的原型對象為Object.prototype。
我們可以用這樣一張圖來描述prototype、proto和constructor三個屬性的關系：
從這個圖中，我們可以找到這樣的關系：
- 在 JavaScript 中，proto屬性指向對象的原型對象;
- 對于函數來說，每個函數都有一個prototype屬性，該屬性為該函數的原型對象;
使用 prototype 和 proto 實現繼承
對象之所以使用廣泛，是因為對象的屬性值可以為任意類型。因此，屬性的值同樣可以為另外一個對象，這意味著 JavaScript 可以這么做：通過將對象 A 的proto屬性賦值為對象 B，即:
- A.__proto__ = B
此時使用A.proto便可以訪問 B 的屬性和方法。
這樣，JavaScript 可以在兩個對象之間創建一個關聯，使得一個對象可以訪問另一個對象的屬性和方法，從而實現了繼承;
使用prototype和proto實現繼承
以Person為例，當我們使用new Person()創建對象時，JavaScript 就會創建構造函數Person的實例，比如這里我們創建了一個叫“zhangsan”的Person：
- var zhangsan = new Person("zhangsan");
上述這段代碼在運行時，JavaScript 引擎通過將Person的原型對象prototype賦值給實例對象zhangsan的proto屬性，實現了zhangsan對Person的繼承，即執行了以下代碼：
- //JavaScript 引擎執行了以下代碼
- var zhangsan = {};
- zhangsan.__proto__ = Person.prototype;
- Person.call(zhangsan, "zhangsan");
我們來打印一下zhangsan實例：
- console.log(zhangsan)
結果如下圖所示:
可以看到，zhangsan作為Person的實例對象，它的proto指向了Person的原型對象，即Person.prototype。
這時，我們再補充下上圖中的關系：
從這幅圖中，我們可以清晰地看到構造函數和constructor屬性、原型對象(prototype)和proto、實例對象之間的關系，這是很多容易混淆。根據這張圖，我們可以得到以下的關系：
- 每個函數的原型對象(Person.prototype)都擁有constructor屬性，指向該原型對象的構造函數(Person);
- 使用構造函數(new Person())可以創建對象，創建的對象稱為實例對象(lily);
- 實例對象通過將proto屬性指向構造函數的原型對象(Person.prototype)，實現了該原型對象的繼承。
那么現在，關于proto和prototype的關系，我們可以得到這樣的答案：
- 每個對象都有proto屬性來標識自己所繼承的原型對象，但只有函數才有prototype屬性;
- 對于函數來說，每個函數都有一個prototype屬性，該屬性為該函數的原型對象;
- 通過將實例對象的proto屬性賦值為其構造函數的原型對象prototype，JavaScript 可以使用構造函數創建對象的方式，來實現繼承。
所以一個對象可通過proto訪問原型對象上的屬性和方法，而該原型同樣也可通過proto訪問它的原型對象，這樣我們就在實例和原型之間構造了一條原型鏈。紅色線條所示：
通過原型鏈訪問對象的方法和屬性
當 JavaScript 試圖訪問一個對象的屬性時，會基于原型鏈進行查找。查找的過程是這樣的：
- 首先會優先在該對象上搜尋。如果找不到，還會依次層層向上搜索該對象的原型對象、該對象的原型對象的原型對象等(套娃告警);
- JavaScript 中的所有對象都來自Object，Object.prototype.proto === null。null沒有原型，并作為這個原型鏈中的最后一個環節;
- JavaScript 會遍歷訪問對象的整個原型鏈，如果最終依然找不到，此時會認為該對象的屬性值為undefined。
我們可以通過一個具體的例子，來表示基于原型鏈的對象屬性的訪問過程，在該例子中我們構建了一條對象的原型鏈，并進行屬性值的訪問：
- var o = {a: 1, b: 2}; // 讓我們假設我們有一個對象 o, 其有自己的屬性 a 和 b：
- o.__proto__ = {b: 3, c: 4}; // o 的原型 o.__proto__有屬性 b 和 c：
當我們在獲取屬性值的時候，就會觸發原型鏈的查找：
- console.log(o.a); // o.a => 1
- console.log(o.b); // o.b => 2
- console.log(o.c); // o.c => o.__proto__.c => 4
- console.log(o.d); // o.c => o.__proto__.d => o.__proto__.__proto__ == null => undefined
綜上，整個原型鏈如下:
- {a:1, b:2} ---> {b:3, c:4} ---> null, // 這就是原型鏈的末尾，即 null
可以看到，當我們對對象進行屬性值的獲取時，會觸發該對象的原型鏈查找過程。
既然 JavaScript 中會通過遍歷原型鏈來訪問對象的屬性，那么我們可以通過原型鏈的方式進行繼承。
也就是說，可以通過原型鏈去訪問原型對象上的屬性和方法，我們不需要在創建對象的時候給該對象重新賦值/添加方法。比如，我們調用lily.toString()時，JavaScript 引擎會進行以下操作：
- 先檢查lily對象是否具有可用的toString()方法;
- 如果沒有，則``檢查lily的原型對象(Person.prototype)是否具有可用的toString()方法;
- 如果也沒有，則檢查Person()構造函數的prototype屬性所指向的對象的原型對象(即Object.prototype)是否具有可用的toString()方法，于是該方法被調用。
由于通過原型鏈進行屬性的查找，需要層層遍歷各個原型對象，此時可能會帶來性能問題：
- 當試圖訪問不存在的屬性時，會遍歷整個原型鏈;
- 在原型鏈上查找屬性比較耗時，對性能有副作用，這在性能要求苛刻的情況下很重要。
因此，我們在設計對象的時候，需要注意代碼中原型鏈的長度。當原型鏈過長時，可以選擇進行分解，來避免可能帶來的性能問題。
其他方式實現繼承
除了通過原型鏈的方式實現 JavaScript 繼承，JavaScript 中實現繼承的方式還包括經典繼承(盜用構造函數)、組合繼承、原型式繼承、寄生式繼承，等等。
- 原型鏈繼承方式中引用類型的屬性被所有實例共享，無法做到實例私有;
- 經典繼承方式可以實現實例屬性私有，但要求類型只能通過構造函數來定義;
組合繼承融合原型鏈繼承和構造函數的優點，它的實現如下：
- function Parent(name) {
- // 私有屬性，不共享
- this.name = name;
- }
- // 需要復用、共享的方法定義在父類原型上
- Parent.prototype.speak = function() {
- console.log("hello");
- };
- function Child(name) {
- Parent.call(this, name);
- }
- // 繼承方法
- Child.prototype = new Parent();
組合繼承模式通過將共享屬性定義在父類原型上、將私有屬性通過構造函數賦值的方式，實現了按需共享對象和方法，是 JavaScript 中最常用的繼承模式。
雖然在繼承的實現方式上有很多種，但實際上都離不開原型對象和原型鏈的內容，因此掌握proto和prototype、對象的繼承等這些知識，是我們實現各種繼承方式的前提條件。
總結
關于 JavaScript 的原型和繼承，常常會在我們面試題中出現。隨著 ES6/ES7 等新語法糖的出現，可能更傾向于使用class/extends等語法來編寫代碼，原型繼承等概念逐漸變淡。
其次JavaScript 的設計在本質上依然沒有變化，依然是基于原型來實現繼承的。如果不了解這些內容，可能在我們遇到一些超出自己認知范圍的內容時，很容易束手無策。
