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如何理解JavaScript中的原型链?

夜晨

夜晨

发布时间:2025-09-21 21:42:01

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来源于php中文网

原创

原型链是JavaScript实现继承和属性查找的机制,通过对象的[[Prototype]]链接形成链条,当访问属性时会沿链向上查找直至找到或到达null。原型(prototype)是函数特有的属性,指向实例共享方法的原型对象;原型链则是由__proto__连接构成的查找路径,二者共同实现对象间的方法共享与继承。利用原型链可优化内存、实现继承并提升性能,ES6的class本质仍是基于原型链的语法糖,提供更清晰的继承写法但底层机制不变。

如何理解javascript中的原型链?

JavaScript中的原型链,简单来说,就是一套对象间继承属性和方法的机制。当你试图访问一个对象的某个属性或方法时,如果它本身没有,JavaScript引擎就会沿着一条由

__proto__
(或内部的
[[Prototype]]
)连接起来的链条向上查找,直到找到该属性或者到达链的末端(
null
)。这条查找路径,就是我们所说的原型链。它让不同的对象能够共享同一套行为,避免了重复定义,也使得JavaScript的继承模式显得既灵活又有些“不走寻常路”。

理解原型链,我觉得就像理解一棵家族树,但不是从上往下看,而是从你自身往上追溯你的祖先。每个对象都有一个“父母”对象(它的原型),如果父母没有,就去找爷爷奶奶(父母的原型),以此类推,直到找到“始祖”(

Object.prototype
)或者发现没人有这个属性。

解决方案

要深入理解原型链,我们得从几个核心概念入手。首先是每个JavaScript对象内部都有一个

[[Prototype]]
属性,它指向这个对象的原型。在旧的浏览器环境或为了方便调试,我们常常通过
__proto__
这个非标准但广泛实现的属性来访问它。而对于函数(它们也是对象),还有一个
prototype
属性,这可不是一回事。
prototype
属性指向的是一个对象,这个对象会作为通过该函数构造出来的实例的
[[Prototype]]
。听起来有点绕?别急,我们慢慢捋。

我们通常创建对象的方式,其实都在默默地利用原型链。

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1. 对象字面量: 当你写

{}
new Object()
时,你创建的对象会默认继承
Object.prototype

const myObj = {};
console.log(myObj.__proto__ === Object.prototype); // true
console.log(myObj.toString()); // "[object Object]" - 这个方法就来自Object.prototype

myObj
本身并没有
toString
方法,但它能调用,就是因为JavaScript引擎沿着
myObj.__proto__
找到了
Object.prototype
上的
toString

2. 构造函数: 这是JavaScript实现“类”或“蓝图”的传统方式。

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

// 在Person.prototype上添加方法,所有Person实例共享
Person.prototype.sayHello = function() {
    console.log(`Hello, my name is ${this.name}`);
};

const alice = new Person('Alice');
console.log(alice.name); // 'Alice'
alice.sayHello(); // 'Hello, my name is Alice'

// 关键来了:alice的原型是Person.prototype
console.log(alice.__proto__ === Person.prototype); // true
// Person.prototype的原型是Object.prototype
console.log(Person.prototype.__proto__ === Object.prototype); // true
// Object.prototype的原型是null,链的终点
console.log(Object.prototype.__proto__ === null); // true

alice.sayHello()
被调用时,引擎先在
alice
对象自身找
sayHello
,没找到。接着,它会沿着
alice.__proto__
找到
Person.prototype
,在这里找到了
sayHello
方法并执行。这就是原型链在实际工作中的一个经典体现。

3.

Object.create()
这个方法允许你显式地指定一个新对象的原型。

const animal = {
    eats: true,
    walk() {
        console.log("Animal walks.");
    }
};

const rabbit = Object.create(animal); // rabbit的原型是animal
rabbit.jumps = true;
rabbit.walk(); // "Animal walks."

console.log(rabbit.__proto__ === animal); // true
console.log(animal.__proto__ === Object.prototype); // true

rabbit
对象自身没有
walk
方法,但它能通过原型链找到
animal
对象上的
walk
方法。

原型链的魔力在于它实现了属性和方法的共享,这意味着内存效率更高,因为方法只存储在一个地方(原型对象上),所有实例都通过原型链去访问它。同时,它也是JavaScript实现“继承”的基石。

JavaScript原型(prototype)和原型链(prototype chain)之间究竟有什么关联与区别

这确实是初学者最容易混淆的地方,也是我当年踩过不少坑的地方。要我说,它们俩是紧密相连但又有着明确分工的两个概念。

原型(

prototype
): 这个词在JavaScript里通常特指函数对象上的一个特殊属性。记住,只有函数(包括构造函数和类)才会有这个
prototype
属性。它是一个普通的对象,我们称之为“原型对象”。这个原型对象的作用非常关键:当你用这个函数作为构造器(比如
new MyFunction()
)创建实例时,新创建的实例的
[[Prototype]]
(也就是
__proto__
)就会指向这个
MyFunction.prototype
对象。

举个例子,

Array.prototype
就是
Array
构造函数的原型对象。所有数组实例,比如
[1, 2, 3]
,它们的
__proto__
都指向
Array.prototype
,因此它们都能访问
Array.prototype
上定义的
push
pop
等方法。

原型链(

prototype chain
): 原型链则是一个机制,是当JavaScript引擎在查找对象的属性或方法时,所遵循的一条路径。这条路径是由对象的
[[Prototype]]
(或
__proto__
)属性串联起来的。每个对象都有一个
[[Prototype]]
,它指向其原型对象,而这个原型对象也可能有自己的
[[Prototype]]
,这样一层一层向上,就形成了一条链。这条链的终点通常是
null
(即
Object.prototype
[[Prototype]]
)。

所以,关联在于:原型(

prototype
属性所指向的原型对象)是构成原型链上的一个个节点。 每个对象的
__proto__
指向的,就是它在原型链上的“上一站”——它的原型对象。

区别在于:

  • prototype
    是一个属性,存在于函数对象上,指向一个对象。它的作用是为通过该函数构造的实例提供共享的属性和方法。
  • 原型链 是一种查找机制/结构,由一系列对象通过
    __proto__
    (内部的
    [[Prototype]]
    )连接而成。它的作用是实现对象的继承和属性查找。

你可以把

prototype
想象成一个工厂的“蓝图库”,里面存放着所有新产品(实例)应该具备的共享部件。而原型链则是当你拿到一个产品(实例)后,发现某个部件没有,就去它的“蓝图库”找,如果蓝图库里也没有,就去蓝图库的“蓝图库”找,直到找到或者放弃,这个查找过程就是原型链。

在实际开发中,我们如何有效利用JavaScript原型链来优化代码结构和性能?

原型链在实际开发中的应用远不止于理论,它确实能帮助我们写出更优雅、更高效的代码。我个人觉得,最直接和最常见的应用场景就是共享方法和属性,这直接关系到内存和性能。

1. 共享方法,减少内存开销: 这是原型链最核心的优势之一。想象一下,如果你有1000个

User
对象,每个对象都有一个
greet()
方法。如果这个方法直接定义在每个实例上:

function UserBad(name) {
    this.name = name;
    this.greet = function() { // 每个实例都会有自己的greet方法副本
        console.log(`Hi, I'm ${this.name}`);
    };
}
const user1 = new UserBad('Alice');
const user2 = new UserBad('Bob');
// user1.greet !== user2.greet // 它们是不同的函数对象

这样,每个

UserBad
实例都会在内存中存储一个
greet
函数的副本,如果方法很多,实例也很多,内存消耗会非常大。

而利用原型链,我们可以将方法定义在构造函数的

prototype
对象上:

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

UserGood.prototype.greet = function() { // 所有实例共享同一个greet方法
    console.log(`Hi, I'm ${this.name}`);
};

const userA = new UserGood('Charlie');
const userB = new UserGood('David');
// userA.greet === userB.greet // 它们引用的是同一个函数对象

这样,

greet
方法只在
UserGood.prototype
上存在一份,所有
UserGood
的实例都通过原型链来访问它。这显著减少了内存占用,尤其是在处理大量对象时,性能提升非常明显。

2. 实现继承: 虽然ES6有了

class
语法糖,但其底层依然是原型链。通过原型链,我们可以实现经典的“原型式继承”。

function Animal(name) {
    this.name = name;
}
Animal.prototype.eat = function() {
    console.log(`${this.name} eats.`);
};

function Dog(name, breed) {
    Animal.call(this, name); // 继承Animal的属性
    this.breed = breed;
}

// 核心:让Dog的原型继承Animal的原型
// 避免直接赋值Animal.prototype,那样会覆盖Dog.prototype,导致所有Dog实例的原型都指向Animal.prototype
// Object.create() 是一个很好的方式来创建一个新对象,并指定其原型
Dog.prototype = Object.create(Animal.prototype);
Dog.prototype.constructor = Dog; // 修复constructor指向

Dog.prototype.bark = function() {
    console.log(`${this.name} barks!`);
};

const myDog = new Dog('Buddy', 'Golden Retriever');
myDog.eat(); // Buddy eats. (来自Animal.prototype)
myDog.bark(); // Buddy barks! (来自Dog.prototype)

这里,

myDog
实例的原型链是:
myDog
->
Dog.prototype
->
Animal.prototype
->
Object.prototype
->
null
。这样
Dog
实例就能访问
animal
原型上的方法了。

3. 扩展内置对象(需谨慎): 虽然不推荐大规模修改内置对象的原型(因为它可能导致命名冲突和难以调试的问题),但在某些特定且受控的环境下,为内置对象添加一些辅助方法确实能提高开发效率。

// 示例:给Array.prototype添加一个求和方法
// 实际项目中应避免直接修改内置原型,除非你完全控制环境
if (!Array.prototype.sum) { // 检查是否已存在,避免重复定义
    Array.prototype.sum = function() {
        return this.reduce((acc, current) => acc + current, 0);
    };
}

const numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
console.log(numbers.sum()); // 15

这样,所有数组实例都能直接调用

sum()
方法,非常方便。但再次强调,这种做法应极度谨慎。

通过合理利用原型链,我们能够构建出模块化、可维护且高效的JavaScript代码,这对于大型应用尤其重要。

ES6中的
class
语法糖,它背后和JavaScript原型链的工作机制有何异同?

ES6引入的

class
关键字,无疑让JavaScript的面向对象编程看起来更“传统”了,它提供了更清晰、更简洁的语法来创建构造函数和处理继承。然而,这只是一个语法糖(syntactic sugar)。它并没有引入新的继承机制,其底层依然是基于我们刚才讨论的原型链机制。

相同点:

  1. 基于原型链的继承:

    class
    的继承机制,即
    extends
    关键字,本质上还是通过操作原型链来实现的。当你写
    class Dog extends Animal {}
    时,JavaScript引擎会在幕后将
    Dog.prototype
    [[Prototype]]
    设置为
    Animal.prototype
    ,从而建立了原型链上的继承关系。

    class Animal {
        constructor(name) {
            this.name = name;
        }
        eat() {
            console.log(`${this.name} eats.`);
        }
    }
    
    class Dog extends Animal {
        constructor(name, breed) {
            super(name); // 调用父类的构造函数
            this.breed = breed;
        }
        bark() {
            console.log(`${this.name} barks!`);
        }
    }
    
    const myDog = new Dog('Buddy', 'Golden Retriever');
    myDog.eat(); // Buddy eats.
    myDog.bark(); // Buddy barks!
    
    // 底层原理:
    console.log(Dog.prototype.__proto__ === Animal.prototype); // true
    console.log(myDog.__proto__ === Dog.prototype); // true

    可以看到,

    Dog.prototype
    确实继承自
    Animal.prototype
    ,这正是原型链在起作用。

  2. 方法共享:

    class
    中定义的所有实例方法(非静态方法),都会被放置在类的
    prototype
    对象上,从而实现所有实例共享这些方法,节省内存。这与传统构造函数将方法定义在
    Function.prototype
    上是完全一致的。

  3. constructor
    属性:
    class
    中的
    constructor
    方法,其实就是传统构造函数。它在创建实例时被调用,
    this
    指向新创建的实例。

不同点(主要是语法和一些细节行为):

  1. 语法更清晰: 这是最显而易见的区别。

    class
    语法避免了手动操作
    prototype
    Object.create()
    来设置继承,让代码看起来更像传统的面向对象语言,更容易理解和维护。

  2. super
    关键字: 在子类的构造函数中,必须先调用
    super()
    才能使用
    this
    super()
    实际上就是调用了父类的构造函数。在方法中,
    super
    可以用来调用父类的方法。这是
    class
    特有的语法糖,在传统原型继承中,你需要手动调用
    Parent.call(this, ...)
    Parent.prototype.method.call(this, ...)

  3. class
    是函数: 尽管看起来像一个特殊的结构,但
    class
    本身仍然是一个函数。

    class MyClass {}
    console.log(typeof MyClass); // "function"

    不过,

    class
    函数与普通函数有一些关键区别:

    • 不能被
      new
      调用:
      普通函数如果不用
      new
      调用,
      this
      可能指向全局对象;
      class
      必须用
      new
      调用。
    • 没有
      arguments
      对象:
      class
      内部没有
      arguments
      对象。
    • 严格模式:
      class
      内部的代码默认运行在严格模式下,即使你没有在文件开头声明
      "use strict"
  4. 静态方法和属性:

    class
    提供了
    static
    关键字来定义静态方法和属性,这些方法和属性直接属于类本身,而不是类的实例,也无法通过实例访问。

    class Utils {
        static add(a, b) {
            return a + b;
        }
    }
    console.log(Utils.add(1, 2)); // 3
    // const util = new Utils();
    // util.add(1, 2); // TypeError: util.add is not a function

    在传统原型链中,静态方法通常是直接作为构造函数的属性来添加的,比如

    Function.staticMethod = ...

  5. 私有字段(提案中或已实现): 现代JavaScript的

    class
    语法还引入了私有字段(如
    #privateField
    ),这在传统原型继承中是难以直接实现的(通常需要闭包或
    Symbol
    来模拟)。

总结来说,

class
是JavaScript语言在语法层面为了迎合更广泛的编程范式而做出的改进,它让开发者能够以更直观的方式使用原型链的强大功能。但无论你使用
class
还是传统的构造函数加原型,理解原型链的底层机制始终是深入掌握JavaScript面向对象编程的关键。它就像是冰山下面的部分,虽然不总被直接看到,但支撑着整个上层结构。

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