原型链与继承

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new 关键字的执行过程

让我们回顾一下，this 指向里提到的new关键字执行过程。

1. 创建一个新的空对象
2. 将构造函数的原型赋给新创建对象（实例）的隐式原型
3. 利用显式绑定将构造函数的 this 绑定到新创建对象并为其添加属性
4. 返回这个对象

手写new关键字的执行过程：

function myNew(fn, ...args) { // 构造函数作为参数
    let obj = {}
    obj.__proto__ = fn.prototype
    fn.apply(obj, args)
    return obj
}

这里提到了__proto__ 和prototype：前者被称为隐式原型，后者被称为显式原型。

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构造函数、实例对象和原型对象

三者的概念

构造函数：用于生成实例对象。构造函数可分为两类：

• 自定义构造函数：function foo () {}
• 原生构造函数：function Function () {}和function Object () {}等

原型对象：每个构造函数都有自己的原型对象，可通过prototype访问。

实例对象：可由构造函数通过new关键字生成的对象。

三者的关系

构造函数可以通过prototype访问其原型对象，而原型对象可通过constructor访问其构造函数。构造函数可通过new关键字创建实例对象，实例对象可通过__proto__ 访问其原型对象。

我们来看一段代码的输出结果：

function Foo(name, age) {
    this.name = name
    this.age = age
}
let a = new Foo('小明', 22)
console.log('构造函数：', Foo)
console.log('原型对象', Foo.prototype)
console.log('实例对象', a)
// 可以输出一下，看看它们都是什么样子

可以看出实例对象内部的第一个[[Prototype]]的展开内容等于原型对象的展开内容，可构建一个等式如下：

// 实例对象可通过 __proto__ 访问其原型对象
a.__proto__ === Foo.prototype // true
// 原型对象可通过 constructor 访问其构造函数
Foo.prototype.constructor === Foo // true

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原型链的概念及图解

来看一张关于原型链的经典图：

上面这张图的箭头乍一看能让人头疼，我们对图中的元素进行分类并划分层次，可有以下三层：

第一层__proto__指向：实例对象

1. 通过构造函数生成的实例对象

// 生成实例对象
function Foo() {}
let obj1 = new Foo()

// __proto__指向验证
obj1.__proto__ === Foo.prototype // true

2. 通过new Object()、对象字面量生成的实例对象

// 生成实例对象
let obj2 = new Object()

// __proto__指向验证
obj2.__proto__ === Object.prototype // true

3. 通过function或class声明生成的实例对象

// 生成实例对象
function Foo(){}
// 原生构造函数
// function Function(){}
// function Object(){}

// __proto__指向验证
Foo.__proto__ === Function.prototype // true
Function.__proto__ === Function.prototype // true
Object.__proto__ === Function.prototype // true

说明：其实我们自己定义的函数也是由Function构造函数生成的实例对象。

第二层__proto__指向：Function.prototype和Foo.prototype

Foo.prototype.__proto__ === Object.prototype // true

Function.prototype.__proto__ === Object.prototype // true

第三层__proto__指向：Object.prototype）

Object.prototype.__proto__ === null // true

我们自己再画一张图看一下：

自底向上有三层的__proto__构成基本的JavaScript原型模式生态，最后再总结一下规则：

1. 实例对象都会指向其构造函数原型
2. 构造函数原型都会指向Object.prototype
3. Object.prototype最终指向null

总结：其实我们的原型链指的就是__proto__的路径。

注意：这里只是为了原型链能更加直观，请不要忘了构造函数原型的constructor属性，它会指回对应的构造函数。

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原型链继承

我们利用任务驱动型的方法去学习继承方式，考虑这样一个类结构：

1. 普通用户：作为父类
2. VIP 用户：作为子类

说明：VIP用户需要继承普通用户。其中，VIP用户的武器列表可以添加屠龙宝刀。

原型链搜索机制：若要访问当前对象所没有的属性和方法，则会首先以当前对象为起点沿着原型链__proto__向上寻找每个对象内部的属性和方法。直到找到对应的属性和方法，没有则会直接走到原型链尽头null。

来看这样一段代码：

function USER(username, password) {
    this.username = username
    this.password = password
    this.weapon = ['水果小刀']
}

VIP.prototype = new USER() // 为什么要放到中间？
// 注意：改写原型，要记得把 constructor 指会原构造函数
VIP.prototype.constructor = VIP

function VIP() { }
VIP.prototype.addWeapon = function (weaponName) {
    this.weapon.push(weaponName)
}

let a = new VIP('小明')
// 缺陷1:无法给父类构造函数传参，只能在 VIP 中自行添加相应参数。无法实现父类属性重用

let b = new VIP()
b.addWeapon('屠龙宝刀')
console.log(b.weapon)

let c = new VIP()
console.log(c.weapon)
// 缺陷2: 我们想要单独给实例 b 的武器列表添加一把屠龙宝刀，结果是实例 c 的武器列表也会增加屠龙宝刀

原型链__proto__实现继承会经过的对象（从子类实例到父类原型）：

1. 子类构造函数实例 ：new VIP()

2. 父类构造函数实例 ：new USER()

3. 父类构造函数原型 ：USER.prototype

我们可以构建两个表达式去验证：

new VIP().__proto__ === new USER() // true
new USER().__proto__ === USER.prototype // true

再进一步提炼以上两个表达式，可获得最终表达式。以下为实现继承关键的完整原型链：

// VIP 构造函数所生成的实例会经过两层__proto__找到父类原型
new VIP().__proto__.__proto__ === USER.prototype
// 接下来，由 VIP 构造函数生成的实例所没有的属性和方法，都会去父类原型找到属性和方法。

原型链继承缺点：

1. 父类原型中若存在的引用值则会在所有实例间共享。
2. 子类构造函数在实例化时不能给父类构造函数传参，即我们的父类属性无法重用。

为什么 VIP.prototype = new USER() 这一步要放到两个构造函数中间？

如果这一步表达式放到后面，我们的VIP.prototype是其原本构造函数 VIP 的原型。在这个原本的构造函数原型上添加方法，不会有继承效果。

我们的想法是通过父类构造函数生成实例，利用它实例的__proto__去实现继承效果。要想在子类构造函数添加方法，我们实际做了这样的操作。如下：

// new USER()就是我们父类构造函数生成的实例
new USER().addWeapon = function (weaponName) {
    this.weapon.push(weaponName)
}

但是上面这样会出现问题，我们子类构造函数怎么办？他想new一个实例，还是会根据原来的原型。

因此，我们需要将new USER()传递给VIP.prototype。这样VIP构造函数生成实例才会有继承效果，如下：

VIP.prototype = new USER() // 传递__proto__实现继承

VIP.prototype.addWeapon = function (weaponName) {
    this.weapon.push(weaponName)
}

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盗用构造函数

来看这样一段代码：

function USER(username, password) {
    this.username = username
    this.password = password
    this.weapon = ['水果小刀']
}

function VIP(username, password) {
    USER.call(this, username, password) // 调用父类构造函数，为其属性赋值
} // 这里的 this 指向子类构造函数生成的新实例

// 1. 接下来我们可以向父类构造函数传参
let a = new VIP('小红')
console.log(a.username) // 小红

// 2. 也可以解决引用值产生的问题
let b = new VIP()
b.weapon.push('屠龙宝刀')
console.log(b.weapon) // ['水果小刀', '屠龙宝刀']

let c = new VIP()
console.log(c.weapon) // ['水果小刀']
// 这样实例 b 和 c 的武器列表的数据都是独立的

过程解析：new VIP('小红')传入了一个“小红”参数。

第一次绑定操作：new执行过程会执行一次绑定操作，将this指向实例对象。

第二次绑定操作：VIP构造函数内部的call方法再次绑定实例对象，调用父类构造函数

总结：我们通过传参实际调用了两次绑定操作，最终使得子类构造函数的新实例也能拥有父类的属性和值。

盗用构造函数缺点：

1. 只能在构造函数内部定义方法使用，不能访问父类原型定义的方法。即我们的父类方法不能重用

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组合继承（ = 原型链继承 + 盗用构造函数 ）

如果你已经清楚的知道上面两种继承方式的优点和缺陷，那么我们可以利用1 + 1 > 2 的方法实现组合继承。

function USER(username, password) {
    this.username = username
    this.password = password
    this.weapon = ['水果小刀']
}

VIP.prototype = new USER()
// 注意：改写原型，要记得把 constructor 指会原构造函数
VIP.prototype.constructor = VIP

function VIP(username, password) {
    USER.call(this, username, password) // 调用父类构造函数，为其属性赋值
} // 这里的 this 指向子类构造函数生成的新实例
VIP.prototype.addWeapon = function (weaponName) {
    this.weapon.push(weaponName)
}

// 我们尝试给父类构造函数传参
let a = new VIP('小红')
console.log(a.username) // 小红

// 看看添加屠龙宝刀，有没有相互影响
let b = new VIP()
b.addWeapon('屠龙宝刀')
console.log(b.weapon)

let c = new VIP()
console.log(c.weapon)

以上的组合继承方式输出了正确的答案，算是完美解决了原型链继承和盗用构造函数继承出现的问题。我们将以上代码放入浏览器打断点分析。如下：

很明显，我们第一次new USER()会调用父类构造函数，而后子类构造函数每一次生成新实例都会调用父类构造函数。也就是说，多了第一次会调用父类构造函数的情况。

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原型继承

在 JavaScirpt 高级程序设计 8.3.4 中提到了这种方式，来看这样一段代码

function object(obj) {
    function Fn() { }
    Fn.prototype = obj
    return new Fn() // 返回一个空函数，其内部原型改写为 obj
}

有没有熟悉的感觉，其实正是我们之前手写bind函数利用的继承方法。与ES6中的Object.create()方法效果相同。它适于在原有对象的基础上再克隆一个对象。此外，对象属性值若为原始值则可以进行改写，若为引用值则会产生引用值的特点。即多个克隆对象会共享同一个引用值，也就是说这个“克隆”操作相当于我们的浅拷贝操作。

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寄生继承

function createAnother(obj) {
    let clone = object(obj)
    clone.sayHello = () => {
        console.log('Hello World')
    }
}

这种方式可以使克隆对象在原基础上增强，即添加属性和方法，

注意：原型继承和寄生继承都重点关注对象的使用，而不考虑构造函数的使用

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寄生组合继承（ = 组合继承 + 原型继承 + 寄生继承 ）

我们可以再利用浏览器打断点试试，是不是不会发生像组合继承那样首次调用构造函数的情况。

// 寄生组合继承
function inheritPrototype(subType, superType) {
    subType.prototype = Object.create(superType.prototype) // 创建对象
    subType.prototype.constructor = subType // 增强对象
}

function USER(username, password) {
    this.username = username
    this.password = password
    this.weapon = ['水果小刀']
}

// 验证表达式时，下面这一条语句要加上注释。
inheritPrototype(VIP, USER) // 调用继承函数，

// 验证表达式时，把下面这两条语句注释去掉。
// VIP.prototype = Object.create(USER.prototype) // 创建对象
// VIP.prototype.constructor = VIP // 增强对象

function VIP(username, password) {
    USER.call(this, username, password) // 调用父类构造函数，为其属性赋值
} // 这里的 this 指向子类构造函数生成的新实例
VIP.prototype.addWeapon = function (weaponName) {
    this.weapon.push(weaponName)
}

// 我们尝试给父类构造函数传参
let a = new VIP('小红')
console.log(a.username) // 小红

// 看看添加屠龙宝刀，有没有相互影响
let b = new VIP()
b.addWeapon('屠龙宝刀')
console.log(b.weapon)

let c = new VIP()
console.log(c.weapon)

原型链__proto__实现继承会经过的对象（从子类实例到父类原型）：

1. 子类构造函数实例 ：new VIP()
2. 空构造函数实例 ：Object.create(USER.prototype)
3. 父类构造函数原型 ：USER.prototype

我们同样构建两个表达式去验证：

new VIP().__proto__ === Object.create(USER.prototype) // true
Object.create(USER.prototype).__proto__ === USER.prototype // true

再进一步提炼以上两个表达式，可获得最终表达式。以下为实现继承关键的完整原型链：

new VIP().__proto__.__proto__ === USER.prototype // true
// 接下来，由 VIP 构造函数生成的实例所没有的属性和方法，都会去父类原型找到属性和方法。

原型链和寄生组合的继承区别比较

原型链的继承实现：利用new USER()作为跳板实现继承。

VIP.prototype = new USER() // 传递__proto__实现继承
new VIP().__proto__ === new USER() // true
new USER().__proto__ === USER.prototype // true

寄生组合的继承实现：利用Object.create(USER.prototype)作为跳板实现继承。

VIP.prototype = Object.create(USER.prototype) // 传递__proto__实现继承
new VIP().__proto__ === Object.create(USER.prototype) // true
Object.create(USER.prototype).__proto__ === USER.prototype // true

注意：Object.create(USER.prototype)会返回一个空函数实例，这个实例的__proro__指向USER()构造函数。

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class继承（ES6 语法）（ ≈ 寄生组合继承 ）

在 ES5 之前我们都是利用构造函数实现面向对象编程。ES6 的class作为语法糖，其实内部也是利用了构造函数实现面向对象编程。

class USER {
    constructor(username, password) {
        this.username = username
        this.password = password
        this.weapon = ['水果小刀']
    }
}
class VIP extends USER {
    constructor(username, password) {
        super(username, password) // 调用父类构造函数，相当于执行 call 方法
    }
    addWeapon(weaponName) {
        this.weapon.push(weaponName)
    }
}

// 我们尝试给父类构造函数传参
let a = new VIP('小红')
console.log(a.username) // 小红

// 看看添加屠龙宝刀，有没有相互影响
let b = new VIP()
b.addWeapon('屠龙宝刀')
console.log(b.weapon)

let c = new VIP()
console.log(c.weapon)

// 以上同样可运行我们的测试代码

总结 JavaScript 继承方式：

1. 原型链继承
2. 盗用构造函数继承
3. 组合继承（ = 原型链继承 + 盗用构造函数 ）
4. 原型式继承
5. 寄生继承
6. 寄生组合继承（ = 组合继承 + 原型继承 + 寄生继承 ）
7. class继承（ ≈ 寄生组合继承 ）

以上可以看出 JavaScript 对与继承方式的优化是一个多次迭代不断优化的过程。

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参考

JavaScript高级程序设计（第4版）