深入理解 JavaScript 中的原型继承 (1/2)

现代 JavaScript 在语法层面做了大量更新，但并没有改变其 “原型继承” 的本质。和基于类的继承不同，原型继承使用委派，有一本设计模式的书中说过：委派比继承更好 (delegation is better than inheritance) 。

理解原型继承

类继承依赖于基类或超类，是静态的，一旦继承了一个类，就不能再改变；而原型继承依赖于原型链中的上一个对象，这个对象叫做它的原型 (prototype)，原型继承最强大的一点是可以在运行时动态修改对象的原型。

原型链

要理解原型继承，先要理解对象是如何链接的：

class Counter {}

const counter1 = new Counter()
const counter2 = new Counter()

const counter1Prototype = Reflect.getPrototypeOf(counter1)
const counter2Prototype = Reflect.getPrototypeOf(counter2)

console.log(counter1 === counter2) // false
console.log(counter1Prototype === counter2Prototype) // true

上面的代码可以看出，类的两个不同实例，共享同一个原型。实际上，JavaScript 形成了一个原型链，我们可以继续获取 counter1 原型的原型，从而形成一个 counter1 -> Counter {} -> {} -> null 的链。

const counter1PrototypeParent = Reflect.getPrototypeOf(counter1Prototype)
console.log(counter1PrototypeParent) // [Object: null prototype] {}
Reflect.getPrototypeOf(counter1PrototypeParent) // null

在基于类的继承中，同一个类的两个实例共享同一个类层次结构；而在原型继承中，同一个类的两个实例共享同一个对象链。不过这只是默认行为，因为我们可以动态地修改这个链 — 在基于类的继承中很难想象这样的动态能力。

Get 和 Set 的区别

继承的目的是共用方法和属性。当访问对象的方法或属性时，对象可以将调用请求委托给它的原型。但，访问 (get) 属性和设置 (set) 属性的行为差别很大。了解这一点对于在 JavaScript 中有效的使用继承非常重要。

我们可以通过修改原型成员来看一下原型继承是如何作用的：

class Counter {}

Counter.prototype.count = 0
Counter.prototype.increment = function() { this.count += 1 }

const counter1 = new Counter()
const counter2 = new Counter()

console.log(counter1.count) // 0
console.log(counter2.count) // 0

counter1.increment()

console.log(counter1.count) // ?
console.log(counter2.count) // ?

可以暂停思考一下上面代码最后两行的输出结果是什么？

理性告诉我们结果应该是 1 和 0，毕竟两个不同的实例不应该互相影响；但想到两个实例共享同一个原型，counter1 和 counter2 上都没有 count 属性，修改 counter1 即修改了原型上的 count 属性，那么在 counter2 上访问 count 属性是不是应该得到…

不应该，结果就是 1 和 0。原因在于 JavaScript 是如何使用原型的：

Gets search deep, but sets are always shallow.

当我们访问 (get) 实例成员时，如果该成员在实例上存在，则直接返回；如果不存在，会继续向上查找其原型链，直到找到或者到达原型链的顶部 null。

而当设置 (set) 实例成员的值时，不会做任何查找、而是就地设置：如果成员存在，则覆盖其值；如果成员不存在，则在对象上创建成员并设置其值。

这一点也可以通过代码证明：

Object.keys(Reflect.getPrototypeOf(counter1)) // [ 'count', 'increment' ]
Object.keys(counter1) // []

counter1.increment()
Object.keys(counter1) // [ 'count' ]

counter1 最开始并没有任何直接成员，但当调用 increment() 方法之后，count 就诞生了。

继承一个类

现代 JavaScript 极大地简化了创建原型继承的方式，语法清晰、优雅。但这是一把双刃剑：好的一面是代码更简洁、容易维护；坏的一面是语法和基于类的继承太像了，很容易忘记 “JavaScript 基于原型继承” 的本质。

继承类

继承类即是以一个类作为原型来派生出一个新的类，从而达到共用原型的目的。

class Person {
    constructor(firstName, lastName) {
        console.log('initializing Person fields')
        this.firstName = firstName
        this.lastName = lastName
    }
    
    toString() { return `Name: ${this.firstName} ${this.lastName}` }
    get fullName() { return `${this.firstName} ${this.lastName}` }
    get surname() { return this.lastName }
}

// 继承并 “扩展” Person 类
class GoodPerson extends Person {
    constructor(firstName, lastName, rating) {
        console.log('creating a GoodPerson')
        super(firstName, lastName)
        this.rating = rating
    }
}

上面的代码使用 Person 类作为原型，派生出 GoodPerson 类，有两点需要注意：

• 使用 extends 关键字继承类
• 在 constructor() 函数中必须调用 super() 方法，且在访问 this 之前。

如果调换上面 GoodPerson 类的 super() 和 this 位置，会得到：

ReferenceError: Must call super constructor in derived class before accessing 'this' or returning from derived constructor.

覆盖方法

要覆盖原型中提供的方法，只需要在派生类中写一个同名的方法即可：

class GoodPerson extends Person {
    // ...
    toString() { return `${super.toString()} Rating: ${this.rating}` }
    
    get fullName() { return `GoodPerson ${this.surname}, ${super.fullName}` }
}

看起来很简单，不过关于 this 和 super 的使用有一些规则：

• 如果想访问派生类的成员，使用 this - 注意 this 是动态作用域。
• 如果想访问的成员在派生类中不存在，但在原型类中存在，使用 this - 因为 Gets search deep；另一方面，如果以后想覆盖原型类的成员，this 仍然继续适用。
• 如果确定想要绕过派生类中存在的成员，直接访问原型类的成员，使用 super。

查看原型链

使用 Reflect.getPrototypeOf() 方法可以获得一个对象的原型，因为原型形成一个链，所以我们可以递归地调用这个方法来查看对象的原型链。

const printPrototype = function(instance) {
    if (instance !== null) {
        console.log(instance)
        printPrototype(Reflect.getPrototypeOf(instance))
    }
}

const alan = new GoodPerson('Alan', 'Turing', 5)
printPrototype(alan)
/*
GoodPerson { firstName: 'Alan', lastName: 'Turing', rating: 5 }
Person {}
{}
[Object: null prototype] {}
 */

修改原型链

上面提到过，和基于类的继承不同，原型继承可以动态修改。【“可以” 并不意味着 “应该”，小心风险！】

让我们试着修改上面 alan 的原型：

class Demo {}

Reflect.getPrototypeOf(alan) // Person {}

Reflect.setPrototypeOf(Reflect.getPrototypeOf(alan), Demo.prototype)

Reflect.getPrototypeOf(alan) // Demo {}

printPrototype(alan)
/*
GoodPerson { firstName: 'Alan', lastName: 'Turing', rating: 5 }
Demo {}
{}
[Object: null prototype] {}
 */

修改了 alan 实例的原型，由于实例共享原型，那么由 GoodPerson 类创建的其他实例的原型也都变成了 Demo。

const ada = new GoodPerson('Ada', 'Lovelace', 5)
Reflect.getPrototypeOf(ada) // Demo {}

话说回来，这么做真的很危险。

使用默认构造函数

上篇文章 - Javascript中的类 (class) 中讲过，JavaScript 给每个类都提供了一个默认的构造函数。

对派生类也是如此。不仅如此，而且默认构造函数会把创建派生类实例时的参数自动通过 super() 调用传递给原型类。

class AwesomePerson extends Person {
    get fullName() { return `Awesome ${super.fullName}` }
}

const ball = new AwesomePerson('Lucille', 'Ball')
ball.fullName // 'Awesome Lucille Ball'

基于遗留类的继承

值得一提的是，extends 甚至还可以继承使用老式 JavaScript 语法创建的类，默认构造函数同样会处理参数。了解这点也许会对我们理解/重构遗留代码有用。

function LegacyClass(value) { this.value = value }

class NewClass extends LegacyClass {}
console.log(new NewClass(1)) // NewClass { value: 1 }