理解 JavaScript 中的原型

当你在JavaScript中定义一个函数，它有一些预定义的属性，其中之一就是令人迷惑的原型。本文将详细解释什么是原型，以及为什么要在项目中使用它。

什么是原型

对象初始化时原型是一个空对象，你可以将任何其他对象添加到原型上。

var myObject = function(name){
    this.name = name;
    return this;
};

console.log(typeof myObject.prototype); // object
console.log(myObject.prototype); // Object {}

myObject.prototype.getName = function(){
    return this.name;
};

console.log(myObject.prototype); // Object {getName: function...}

上面的代码中，我们创建了一个函数，如果我们调用 myObject()，它将简单的返回一个 window 对象，因为它还没有被实例化，而这个函数是在全局作用域中定义的，this 理所当然地指向了全局对象。

console.log(myObject() === window); // true

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一个“隐秘”属性

继续之前，我想讨论一下关于原型的一个的“隐秘”属性。

JavaScript 中的每一个对象在被定义或实例化之后，都有一个叫做 __proto__ 的隐秘属性，这是原型链的核心。但是，我并不建议在代码中直接访问 __proto__，因为并不是所有的浏览器都支持它。

不能将 __proto__ 和对象的原型混为一谈，它们是两个不同的属性，但又紧密相关，可能初学者会感到非常困惑，很难将他们区分开来，下面我将详细道来。当我们创建 myObject 这个函数时，实际上是定义了一个 Function 类型的对象。

console.log('function' === typeof myObject); // true

Function 是 JavaScript 中的一个预定义对象，它有自己的一些属性（比如 length 和 arugments） 和方法（比如 call 和 apply），还有自己的原型对象，以及“隐秘”的 __proto__ 属性。这意味着，在 JavaScript 引擎内的某个位置，可能有一些类似于下面的代码：

Function.prototype = {
    arguments: null,
    length: 0,
    call: function(){
        // secret code
    },
    apply: function(){
        // secret code
    }
    ...
}

事实上，Function 的定义并不是如此简单，这里只是为了说明原型链的原理。

目前为止，我们定义了 myObject 这个函数，并为其指定了名为 name 的形参，但我们并没有为其设定任何属性（如 length）和方法（如 call），那么下面的代码是怎么回事呢？

console.log(myObject.length); // 1 (形参的数量)

这是因为在定义 myObject 这个对象时，它内置了 __proto__ 这个属性，并且其值是 Function.prototype。所以，当我们使用 myObject.length 时，首先将在 myObject 对象中查找名为 length 的属性， 没有找到，然后将通过 __proto__ 这个“隐秘”的属性查找其原型链，最后找到 length 这个属性并返回。

您可能想知道为什么 length 的值为什么是 1，而不是 0，或任何其他数字。这是因为 myObject 实际上是 Function 的一个实例。

console.log(myObject instanceof Function); // true
console.log(myObject === Function); // false

当一个对象的实例被创建时，__proto__ 将指向构造函数的原型，在我们的例子中就是 Function 的原型。

console.log(myObject.__proto__ === Function.prototype) // true

当创建一个新的 Function 对象时，在 Function 的构造函数内将获取形参的数量，并更新 this.length 的值，在这里是 1。

如果我们使用 new 操作符创建一个 myObject 的实例，该实例的 __proto__ 将指向 myObject.prototype，因为 myObject 是该实例的构造函数。

var myInstance = new myObject(“foo”);
console.log(myInstance.__proto__ === myObject.prototype); // true

现在 myInstance 除了可以访问 Function.prototype 中的原生方法（比如 call 和 apply）之外，还可以访问到 myObject.prototype 中的方法： getName。

console.log(myInstance.getName()); // foo

var mySecondInstance = new myObject(“bar”);

console.log(mySecondInstance.getName()); // bar
console.log(myInstance.getName()); // foo

译者注：一个对象实际上包含 __proto__ 和 prototype 两个属性，这两个属性代表着不一样的东西，__proto__ 指向创建该对象的构造函数的原型，原型链查找就是借助于 __proto__ 来实现；而 prototype 指向该对象自身的原型。

可以想象，这是非常方便的，我们可以用它来获取一个对象的结构，并根据需要创建实例，让我们开始讨论下一个话题。

为什么要使用原型

我们先来看一个实例，现在我们需要开发一个 canvas 上的游戏，需要在 canvas 一次性绘制一些（可能是数百个）对象，每个对象都包含一些自己的属性，比如 x 和 y 坐标、width、height等等。

我们可以这样做：

var GameObject1 = {
    x: Math.floor((Math.random() * myCanvasWidth) + 1),
    y: Math.floor((Math.random() * myCanvasHeight) + 1),
    width: 10,
    height: 10,
    draw: function(){
        myCanvasContext.fillRect(this.x, this.y, this.width, this.height);
    }
   ...
};

var GameObject2 = {
    x: Math.floor((Math.random() * myCanvasWidth) + 1),
    y: Math.floor((Math.random() * myCanvasHeight) + 1),
    width: 10,
    height: 10,
    draw: function(){
        myCanvasContext.fillRect(this.x, this.y, this.width, this.height);
    }
    ...
};

... 重复做 98 次 ...

这将在内存中创建所有这些对象，这些对象都有单独的方法，比如 draw 和其他一些所需要的方法。这当然会很糟糕，因为这个游戏很可能将占光浏览器内存，并运行的非常缓慢，甚至停止响应。

虽然只有 100 个对象的时候这还不可能发生，但会对性能造成很大的影响，因为它需要查找一百个不同的对象，而不是一个相同的原型对象。

如何使用原型

为了使我们的应用运行的更快，遵循最佳实践，我们来重新定义 GameObject 的原型，GameObject 对象的每一个实例将使用 GameObject.prototype 中的方法，就像它们自身的方法一样。

// 定义 GameObject 的构造函数
var GameObject = function(width, height) {
    this.x = Math.floor((Math.random() * myCanvasWidth) + 1);
    this.y = Math.floor((Math.random() * myCanvasHeight) + 1);
    this.width = width;
    this.height = height;
    return this;
};

// 定义 GameObject 的原型
GameObject.prototype = {
    x: 0,
    y: 0,
    width: 5,
    width: 5,
    draw: function() {
        myCanvasContext.fillRect(this.x, this.y, this.width, this.height);
    }
};

然后，我们来实例化 100 个 GameObject 对象：

var x = 100,
arrayOfGameObjects = [];

do {
    arrayOfGameObjects.push(new GameObject(10, 10));
} while(x--);

现在，我们有了一个有 100 个 GameObjects 实例的数组，这些实例对象共享相同的原型，这大大节省了应用所占用的内存。

当我们调用 draw 方法时，实际上调用的都是原型上相同的方法。

var GameLoop = function() {
    for(gameObject in arrayOfGameObjects) {
        gameObject.draw();
    }
};

原型是活动对象（Live Object）

对象的原型是一个活动对象，什么意思呢？根据上面示例来说就是，当我创建 GameObject 对象的实例之后，我们可以修改 GameObject.prototype.draw 方法，来画一个圆，而不是画一个矩形，这样调用所有已经实例化的对象或后面再实例化的对象中的 draw 方法就会画一个圆。

GameObject.prototype.draw = function() {
    myCanvasContext.arc(this.x, this.y, this.width, 0, Math.PI*2, true);
}

修改内置对象的原型

你可能熟悉一些 JavaScript 库，比如 Prototype，他们都充分利用了这种方法。

来看一个简单的例子：

String.prototype.trim = function() {
    return this.replace(/^\s+|\s+$/g, ‘’);
};

现在我们可以在任何字符串上使用该方法：

"foo bar".trim(); // "foo bar"

不过这样做也有一定的缺点。比如，你将这个方法应用到你的代码中，也许一两年之后，JavaScript 可能会在 String 的原型中实现了该方法，这意味着你的方法将覆盖 JavaScript 的原生方法。为了避免这种情况，我们需要在定义自身的方法前，做一个简单的判断：

if(!String.prototype.trim) {
    String.prototype.trim = function() {
        return this.replace(/^\s+|\s+$/g, ‘’);
    };
}

如果存在原生的 trim 方法，我们就会使用原生的 trim 方法。

根据经验法则，通常也被认为是最佳实践，最好避免扩展内置对象的原型。但是，如果有必要，也可以不遵循这个规则。

总结

希望本文已经阐释清楚了 JavaScript 中的原型，现在你应该能够编写更加高效的代码了。

如果你有关于原型的任何问题，你可以写在评论中，我会尽力解答。

英文原文：Leigh Kaszick，翻译：布谷 bubkoo

原文链接：Prototypes in JavaScript