由Javascript的继承引发的：抽象类、接口、多态，甚至是类型转换！

程序员文章站 2022-04-18 13:36:34

...

缘起

工作中需要用到Javascript，关注了Javascript中继承复用的问题，翻阅了网上的各种关于Javascript继承的帖子，感觉大都思考略浅，并没有做过多说明，简单粗暴的告诉你实现Javascript继承有1.2.3.4.5几种方式，名字都叫啥，然后贴几行代码就算是玩了。
不管你们懂没懂，反正我着实没懂。
随后研读了《Javascript高级程序设计》的部分章节，对Javascript的继承机制略有体会。思考之后，遂而分享并且阐述了如何实现抽象类、接口、多态甚至是类型转换的思路。

JS继承，那就先说“继承”

凡是玩过1、2种面向对象的语言的人大都不难归纳出继承所有的几个特性：
1. 子类继承父类中的属性和方法
2. 子类、父类的实例对象拥有两份副本，改了其中之一，另一个实例对象的属性并不会随之改变
3. 子类可覆盖父类的方法或属性
4. 子类和父类的实例对象通过“[对象] instanceof [子类/父类]”判定的结果应该为true
5. 子类和父类的实例对象的constructor指针应该分别指向子类和父类的构造函数

构造一个类

说到构造一个Javascript的类，网上的说法五花八门。
1. 有说JS中根本没有类，用模拟实现的。对，但是也不对。
Javascript中的确没有class关键字，但是这并不带表我们封装不出一个“类”一样的东西来。只不过在Javascript中不叫这个名字而已。遂而有人会反驳，在ECMAScript 6标准中要加入class关键字了，这不是明显表示javascript现在不存在“类”么？对于这样的抬杠，只能“呵呵”了。
2. 也有人说JS可以这么构造一个类：

1

var Person = function(name, age) {

2

    this.name = name;

3

    this.age = age;

4
};

5

var p = new Person("小王", 10);

注1：此为代码1，后面可能作为引用。
注2： var Person = function(){}; 等同于 function Persson(){}，前一种定义函数的方式没有名字，故而在var的后面跟上其名字，而后面function定义直接就跟了名字Person了。不过事实上我更喜欢后一种，因为可以少写一个var和分号。但是如果在局部作用域要定义一个临时类，我还是喜欢前一种，这是一种变量的方式。在局部作用域我更喜欢定义变量而不是函数或者类等结构性的东西，C语言后遗症，呵呵。
注3：其实这种构建类的方式可以说成是通过构造器（constructor）来构造一个类。
3. 也有人说，应该用Prototype来构造一个类，简要代码如下：

1

var Person = function (){};

2

Person.prototype.name = "小王";

3
Person.prototype.age = 10;

4

var p = new Person();

注4：这种构造方式，我们可以暂且称之为“用prototype”的方式来构造。
注5：此为代码2，后面可能作引用。
类的构建方式虽然五花八门，但是大抵都是以上两种或者其组合的变种。可是我们什么时候用构造函数来构建？什么时候用prototype？什么时候两者结合使用呢？要明白这个，我们先来看看new关键字。

new，你到底干了什么事儿？

new关键字在绝大多数面向对象的语言中都扮演者举足轻重的位置，javascript中也不例外。*上有一篇帖子关于new关键字的玄机，我觉得说的很好：Javascript中的new关键字背后到底做了什么
翻译如下，为了懒得移步的童鞋，PC端的童鞋可以直接点过去。

创建一个新的简单的Object类型的的对象；

把Object的内部的[[prototype]]属性设置为构造函数prototype属性。这个[[prototype]]属性在Object内部是无法访问到的，而构造函数的prototype是可以访问到的；

执行构造函数，如果构造函数中用到了this关键字，那就把这个this替换为刚刚创建的那个object对象。

注6：其实某个对象的[[prototype]]属性在很多宿主环境中已经可以访问到，例如Chrome和IE10都可以，用_proto_就可以访问到，如果下面出现了_proto_字样，那就代表一个对象的内部prototype。
上面说了一大通，又是构造器，又是prototype，不知所云。下面依次解释。

prototype

prototype属性在构造函数中可以访问到，在对象中需要通过prototype访问到。它到底是什么？prototype中定义了一个类所共享的属性和方法。这就意味着：一旦prototype中的某个属性的值变了，那么所有这个类的实例的该属性的值都变了。请看代码：

01

function Person() {

02
}

03

Person.prototype.name = "小明";

04

var p1 = new Person();

05
console.log(Person.prototype);

06
console.log(p1.__proto__);

07

var p2 = new Person();

08

console.log(p1.name + "\t" + p2.name);

09

Person.prototype.name = "小王";

10

console.log(p1.name + "\t" + p2.name);

注7：此为代码3。输出结果如下：

通过这个代码3的实验，我们可以得出以下结论：
1. prototype属性其实就是一个实例对象，其内容为：Person {name: "小明"}
2. 通过构造函数可以访问到prototype属性，通过对象的_proto_也可以访问到prototype属性。
3. prototype原型指向的内容是所有对象共享的，只要prototype对象的某个属性或者方法变了，那么所有的通过这个类new出来的实例对象的该属性和方法都变了。

this和构造函数

看完了上面的new关键字做的第3步，我们不难得出，其实利用constructor的方式来构造类本质：先new一个临时实例对象，将this关键字替换为临时实例对象关键字，然后使用[对象].[属性]=xxx的方式来构建一个对象，再将其返回。
可是这样带来一个问题就是：方法不被共享。
请看代码4实验：

01

function Person() {

02

    this.name = "小明";

03

    this.showName = function() {

04

        console.log(this.name)

05

    };

06
}

07

var p1 = new Person();

08

var p2 = new Person();

09
p1.showName();

10
p2.showName();

11

p1.showName = function() {

12

    console.log("我不是小明，我是小王");

13
}

14
p1.showName();

15
p2.showName();

注8：以上为代码4。
其运行结果为：

我们知道，类的同一个方法，应该尽量保持共享，因为他们属于同一个类，那么这一个方法应该相同，所以应该保持共享，不然会浪费内存。
我们的Person类中含有方法showName，虽然p1和p2实例属于两个实例对象，但是其showName却指向了不同的内存块！
这可怎么办？
对，请出我们的prototype，它可以实现属性和方法的共享。请看代码5实验：

01

function Person() {

02

    this.name = "小明";

03
}

04

Person.prototype.showName = function() {

05

    console.log(this.name);

06
}

07

var p1 = new Person();

08

var p2 = new Person();

09
p1.showName();

10
p2.showName();

11

Person.prototype.showName = function() {

12

    console.log("我的名字是" + this.name);

13
}

14
p1.showName();

15
p2.showName();

注9：以上为代码5 。运行结果如下：

这样我们非常完美地完成了一个类的构建，他满足：
1. 属性非共享
2. 方法共享（其实对于需要共享的属性，我们也可以用prototype来设置）
但是！大家在使用prototype来设置共享方法的时候千万不要把构造函数的整个prototype都改写了。这样导致的结果就是：constructor不明。
请看代码6实验。

01

function Person1() {

02
}

03
// prototype 没有完全被改写

04

Person1.prototype.showName = function() {

05

    console.log(this.name);

06
};

07

var p1 = new Person1();

08

console.log(p1 instanceof Person1);

09
console.log(p1.constructor);

10

function Person2() {

11
}

12
// prototype 完全被改写

13
Person2.prototype = {

14

    showName : function() {

15

        console.log(this.name);

16

    }

17
};

18

var p2 = new Person2();

19

console.log(p2 instanceof Person2);

20
console.log(p2.constructor);

注10：以上为代码6 。运行结果如下：

通过以上代码6的实验，我们可以看出：重写整个prototype会将对象的constructor指针直接指向了Object，从而导致了constructor不明的问题。
如何解决呢？我们可以通过显示指定其constructor为Person即可。
请看代码7：

01

function Person2() {

02
}

03
// prototype 完全被改写

04
Person2.prototype = {

05

    constructor : Person2, // 显示指定其constructor

06

    showName : function() {

07

        console.log(this.name);

08

    }

09
};

10

var p2 = new Person2();

11

console.log(p2 instanceof Person2);

12
console.log(p2.constructor);

注11：以上为代码7 。运行结果如下：

对象、constructor和prototype三者之间的关系

上面说了那么多，我想大家都有点被constructor、prototype、对象搞得云里雾里的，其实我刚开始也是这样。下面我总结叙述一下这三者之间的关系，相信看了之后就会逐渐明白的：
1. 构造函数有个prototype属性，这个prototype属性指向一个实例对象，这个对象的所有的属性和方法为所有该构造函数实例化的类所共享！
2. 对象的创建是通过constructor构造函数来创建的，每当new一次就调用一次构造函数，构造函数内部执行的机制是：new一个临时Object实例空对象，然后把this关键字提换成这个临时对象，然后依次设置这个临时对象的各个属性和方法，最后返回这个临时实例对象。
3. 被实例化的对象本身有个_proto_指针，指向创建该对象的构造函数的的prototype对象。
如果你还是云里雾里的，没有关系，我们来看下Javascript的Object架构，看完这个你肯定就会明白的一清二楚了。

Javascript的Object架构

解释如下：
1. var f1 = new Foo();创建了一个Foo对象；
2. f1对象有个内部__proto__属性，指向了一个prototype的实例对象Foo.prototype；
3. Foo.prototype有个constructor属性，指向了Foo构造函数，这个属性的值标明了，这个f1对象的类型，也即f1 instanceof Foo的结果为true；
4. 构造函数Foo有个prototype属性，指向了prototype实例对象，这个prototype属性是通过Foo可以直接访问到的Foo.prototype；
5. 剩下的解释，大家能看就看懂，看不懂我后续再出文章解释吧。与本篇关系不是太大了。

Javascript对象的属性查找方式

我们访问一个Javascript对象的属性（含“方法”）的时候，查找过程到底是什么样的呢？
先找先找对象属性，对象的属性中没有，那就找对象的prototype共享属性
请看代码8：

1

var p = {

2

    name : "小明"

3
};

4
//对象中能查找到name

5
console.log(p.name);

6
//对象中找不到myName，查找其prototype属性，由于p是Object类型的对象，故而查找Object的prototype是否有myName

7
console.log(p.myName);

8

Object.prototype.myName="我的名字是小明";

9
console.log(p.myName);

注12：以上为代码8 。
结果如下：

此处不难理解，不多做解释。

按照“继承”理念来实现JS继承

在我们懂了prototype、constructor、对象、new之后，我们可以真正按照“继承”的理念来实现javascript的继承了。

原型链

试想一下，如果构造函数的prototype对象的_proto_指针（每个实例对象都有一个proto指针）指向的是另一个prototype对象（我们称之为prototype对象2）的话，而prototype对象2的constructor指向的是构建prototype对象2的构造函数。那么依次往复，就构成了原型链。
上面的话有点绕口，大家多多体会。
我结合上面的Javascript对象的架构继续给大家说说：
1. 大家可以看到Foo.prototype对象的_proto_指向了Object.prototype对象，而这个Object.prototype的constructor属性指向的是Object构造函数。这里就是一个简单的原型链。
2. 所有的类都有原型链，最终指向Object。
大家或许已经怀疑，听说Javascript的所有的对象都是继承自Object对象，那么Javascript继承是不是就这个原型连搞的鬼呢？
是，但是不完全是。
原型链只能继承共享的属性和方法，对于非共享的属性和方法，我们需要通过显示调用父类构造函数来实现
查找对象的属性的修正：
1. 查找对象是否含有该属性；
2. 如果没有改属性，则查找其prototype是否含有该属性；
3. 如果还是没有，则向上查找原型链的上一级，查找其prototype的_proto_所指向的prototype是否含有该属性，直到查找Object。
所以很简单，我们想要实现Javascript的继承已经呼之欲出了：
1. 继承prototype中定义的属性和方法；
2. 继承构造函数中定义的属性和方法；
3. 修改子类的prototype对象的constructor指针，使得constructor的判别正确。

继承构造函数中定义的属性和方法

我们通过call或者apply方法即可实现父类构造函数调用，然后把当前对象this和参数传递给父类，这样就可以实现继承构造函数中定义的属性和方法了。请看代码9：

01

function Person(name, age) {

02

    this.name = name;

03

    this.age = age;

04
}

05

Person.prototype.showName = function() {

06

    console.log(this.name);

07
};

08

function Male(name, age) {

09

    // 调用Person构造函数，把this和参数传递给Person

10

    Person.apply(this, arguments);

11

    this.sex = "男";

12
}

13

var m = new Male("小明", 20);

14
console.log(m);

15

console.log(m instanceof Male);

16

console.log(m instanceof Person);

17

console.log(m instanceof Object);

执行结果如下：

1. 大家可以看到，m就是一个很简单的对象，只有name，age，sex三个属性，不含有showName方法，因为这个是在Person.prototype中继承过来的。
2. m instanceof Person结果为false，显然m.\__proto\__.constructor指向的是Male构造函数，而非Person。 3. 可是m instanceof Object的结果却为true，那是因为m的原型链的上一级为Object类型，故而instance of Object的结果为true。

继承prototype中定义的属性和方法，并且与继承构造函数结合起来

如何继承prototype中定义的属性和方法呢？
直接把父类的prototype给子类的prototype不就行了。
的确，这样是能够实现方法共享，可是一旦子类的prototype的某个方法被重写了，那么父类也会搁着变动，怎么办？
new一个父类！赋值给子类的prototype。
请看代码10：

01

function Person(name, age) {

02

    this.name = name;

03

    this.age = age;

04
}

05

Person.prototype.showName = function() {

06

    console.log(this.name);

07
};

08

function Male(name, age) {

09

    // 调用Person构造函数，把this和参数传递给Person

10

    Person.apply(this, arguments);

11

    this.sex = "男";

12
}

13
// 继承prototype

14

Male.prototype = new Person();

15

var m = new Male("小明", 20);

16
console.log(m);

17

console.log(m instanceof Male);

18

console.log(m instanceof Person);

19

console.log(m instanceof Object);

结果如下：

大家可以看到m对象不仅有name, age , sex三个属性，而且通过其原型链可以找到showName方法。
如果大家仔细观察，会发现多出了两个undefined值的name和age！
为什么？！
究其原因，因为在执行Male.prototype = new Person()的时候，这两个属性就在内存中分配了值了。而且改写了Male的整个prototype，导致Male对象的constructor也跟着变化了，这也不好。
这并不是我们想要的！我们只是单纯的想要继承prototype，而不想要其他的属性。
怎么办？
借用一个空的构造函数，借壳继承prototype，并且显示设置constructor
代码如下：

01

function Person(name, age) {

02

    this.name = name;

03

    this.age = age;

04
}

05

Person.prototype.showName = function() {

06

    console.log(this.name);

07
};

08

function Male(name, age) {

09

    // 调用Person构造函数，继承构造函数的属性，把this和参数传递给Person

10

    Person.apply(this, arguments);

11

    this.sex = "男";

12
}

13
// 借用一个空的构造函数

14

function F() { }

15
F.prototype = Person.prototype;

16
// 继承prototype

17

Male.prototype = new F();

18
// 显示指定constructor

19
Male.prototype.constructor = Male;

20

var m = new Male("小明", 20);

21
console.log(m);

22
m.showName();

23
console.log(m.constructor == Male);

24

console.log(m instanceof Person);

25

console.log(m instanceof Male);

26

console.log(m instanceof F);

执行结果：

我们可喜的将m的constructor正本清源！而且instanceof类型判断都没有错误（instanceof本质上是通过原型链找的，只要有一个原型满足了那结果就为true）。

继承prototype的封装&测试

上述继承prototype的代码很是丑陋，让我们封装起来吧。并且测试了一下代码：

01
// 继承prototype & 设定subType的constructor为子类，不跟着prototype变化而变化

02

function inheritPrototype(subType, superType) {

03

    // 以下三行可以写成一个新的函数来完成

04

    function F() {

05

    }

06

    // 把F的prototype指向父类的prototype，修改整个prototype而不是部分prototype

07

    F.prototype = superType.prototype;

08

    // new F()完成两件事情，1. 执行F构造函数，为空；2. 执行F的prototype的内存分配，这里就是父类，也就是Person的getAge方法

09

    // 所以这里是继承了父类的getAge()方法，赋值给了proto

10

    var proto = new F();

11

    // proto的构造函数显示指定为子类（由于上面重写了F的prototype，故而构造函数也变化了）

12

    proto.constructor = subType;

13

    // 实现真正意义上的prototype的继承，并且constructor为子类

14

    subType.prototype = proto;

15
}

16

function Person(name, age) {

17

    this.name = name;

18

    this.age = age;

19

    this.getName = function() {

20

        return this.name;

21

    };

22
}

23

Person.prototype.getAge = function() {

24

    return this.age;

25
};

26

function Male(name, age) {

27

    Person.apply(this, [name, age]); // 借用构造函数继承属性

28

    this.sex = "男";

29

    this.getSex = function() {

30

        return this.sex;

31

    };

32
}

33
inheritPrototype(Male, Person);

34
// 方法覆盖

35

Male.prototype.getAge = function() {

36

    return this.age + 1;

37
};

38

var p = new Person("好女人", 30);

39

var m = new Male("好男人", 30);

40
console.log(p);

41
console.log(m);

42
console.log(p.getAge());

43
console.log(m.getAge());

运行结果为：

至此，我们已经完成了真正意义上的javascript继承！
让我们再来回头验证一下，TTD嘛~呵呵
1. 子类继承父类中的属性和方法。Check！
2. 子类、父类的实例对象拥有两份副本，改了其中之一，另一个实例对象的属性并不会随之改变。Check！通过constructor继承属性，由于采用了new，故而每个实例对象的属性肯定是有不同的副本。
3. 子类可覆盖父类的方法或属性。Check！由于方法的继承是采用继承prototype来实现的，借F的prototype来继承，所以所有被继承的方法都在new F()的一刹那存在了F中，而F是一个空构造函数，故而没有多余的属性，只有被继承的方法。我们再将这个F实例对象指向子类构造函数的prototype对象，即可实现方法继承。从而在改写子类的prototype中的方法并不会影响到父类的prototype中的方法，从而实现方法重写！
4. 子类和父类的实例对象通过“[对象] instanceof [子类/父类]”判定的结果应该为true。Check！原型链没有断掉。子类的_proto_指向F，F的_proto_指向父类。 5. 子类和父类的实例对象的constructor指针应该分别指向子类和父类的构造函数。Check！我们在写的过程中显示制定了constructor，所以constructor指针的指向也不会错。

总结

我们是通过：
1. 继承父类的构造函数来实现属性继承；
2. 借中间函数F，继承父类的prototype来实现方法继承&方法覆盖；
3. 显示指定constructor防止prototype改写带来的问题。
至此，较为漂亮的完成了Javascript的继承！
通过此思路，想要实现抽象类，接口等面向对象的概念应该也不是难事吧。呵呵。
抽象类：父类构造函数中只有方法定义，则该父类即为抽象父类。
接口：父类构造函数中方法定义为空。
多态：父类中调用一个未实现的函数，在子类中实现即可。
类型转换：把中间层F断掉，重新指定实例对象的_proto_指向的prototype对象，那么F中继承的方法将不复存在，故而调用方法就是直接调用被指向的prototype对象的方法了。关于类型转换的代码如下：

01
// 继承prototype & 设定subType的constructor为子类，不跟着prototype变化而变化

02

function inheritPrototype(subType, superType) {

03

    // 以下三行可以写成一个新的函数来完成

04

    function F() {

05

    }

06

    // 把F的prototype指向父类的prototype，修改整个prototype而不是部分prototype

07

    F.prototype = superType.prototype;

08

    // new F()完成两件事情，1. 执行F构造函数，为空；2. 执行F的prototype的内存分配，这里就是父类，也就是Person的getAge方法

09

    // 所以这里是继承了父类的getAge()方法，赋值给了proto

10

    var proto = new F();

11

    // proto的构造函数显示指定为子类（由于上面重写了F的prototype，故而构造函数也变化了）

12

    proto.constructor = subType;

13

    // 实现真正意义上的prototype的继承，并且constructor为子类

14

    subType.prototype = proto;

15
}

16

function Person(name, age) {

17

    this.name = name;

18

    this.age = age;

19

    this.getName = function() {

20

        return this.name;

21

    };

22
}

23

Person.prototype.getAge = function() {

24

    return this.age;

25
};

26

function Male(name, age) {

27

    Person.apply(this, [name, age]); // 借用构造函数继承属性

28

    this.sex = "男";

29

    this.getSex = function() {

30

        return this.sex;

31

    };

32
}

33
inheritPrototype(Male, Person);

34
// 方法覆盖

35

Male.prototype.getAge = function() {

36

    return this.age + 1;

37
};

38

var p = new Person("好女人", 30);

39

var m = new Male("好男人", 30);

40
console.log(p);

41
console.log(m);

42
// 将m转换为Person类型从而调用Person类的方法

43
m.__proto__ = Person.prototype;

44
console.log(p.constructor == Person);

45
console.log(m.constructor == Male);

46

console.log(m instanceof Male);

47

console.log(m instanceof Person);

48
console.log(p.getAge());

49
console.log(m.getAge());

50
// 将m转换为Male类型从而调用Male类的方法

51
m.__proto__ = Male.prototype;

52
console.log(p.constructor == Person);

53
console.log(m.constructor == Male);

54

console.log(m instanceof Male);

55

console.log(m instanceof Person);

56
console.log(p.getAge());

57
console.log(m.getAge());