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JavaScript:原型(prototype)

转载 作者:我是一只小鸟 更新时间:2022-12-23 22:31:49 33 4
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面向对象有一个特征是继承,即重用某个已有类的代码,在其基础上建立新的类,而无需重新编写对应的属性和方法,继承之后拿来即用; 。

在其他的面向对象编程语言比如Java中,通常是指,子类继承父类的属性和方法; 。

我们现在来看看,JS是如何实现继承这一个特征的; 。

要说明这个,我们首先要看看,每个对象都有的一个隐藏属性 [[Prototype]] ; 。

对象的隐藏属性[[Prototype]]

在JS中,每个对象 obj ,都有这样一个隐藏属性 [[Prototype]] ,它的值要么是null,要么是对另一个对象 anotherObj 的引用(不可以赋值为其他类型值),这另一个对象 anotherObj ,就叫做对象 obj 的原型; 。

通常说一个对象的原型,就是在说这个隐藏属性 [[Prototype]] ,也是在说它引用的那个对象,毕竟二者一致; 。

现在来创建一个非常简单的字面量对象,来查看一下这个属性:

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可以看到,对象 obj 没有自己的属性和方法,但是它还有一个隐藏属性 [[Prototype]] ,数据类型是 Object ,说明它指向了一个对象(即原型),这个原型对象里面,有很多方法和一个属性; 。

其他的暂且不论,我们先重点看一下,红框的 constructor() 方法和 __proto__ 属性; 。

访问器属性( __proto__ )

访问[[Prototype]]

从红框可以看到,属性 __proto__ 是一个访问器属性,有getter/setter特性(这个属性名前后各两个下划线); 。

问题是,它是用来访问哪个属性的?

我们来调用一下看看:

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可以看到, __proto__ 访问器属性,访问的正是隐藏属性 [[Prototype]] ,或者说,它指向的正是原型对象; 。

值得一提的是,这是一个老式的访问原型对象的方法,现代编程语言建议使用 Object.getPrototypeOf/setPrototypeOf 来访问原型对象; 。

但是考虑兼容性,使用 __proto__ 也是可以的; 。

请注意, __proto__ 不能代表 [[Prototype]] 本身,它只是其一个访问器属性; 。

设置[[Prototype]]

正因为它是访问器属性,也即具有getter和setter功能,我们现在可以控制对象的原型对象的指向了(并不建议这样做):

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如上图,现在将其赋值为null,好了,现在 obj 对象没有原型了; 。

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如上图,创建了两个对象,并且让 obj1 没有了原型,让 obj2 的原型是 obj1 ; 。

看看,此时 obj2.name 读取到 obj1 的属性 name 了,首先 obj2 在自身属性里找 name 没有找到,于是去原型上去找,于是找到了 obj1 的 name 属性了,换句话说, obj2 继承了 obj1 的属性了; 。

这就是JS实现继承的方式,通过原型这种机制; 。

让我们看看下面的代码:

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正常的 obj2.name = 'Jerry' 的添加属性的语句,会成为 obj2 对象自己的属性,而不会去覆盖原型的同名属性,这是再正常不过了,继承得来的东西。只能读取,不能修改(访问器属性 __proto__ 除外); 。

现在的问题是,为什么 obj2.__proto__ 是 undefined ?上面不是刚刚赋值为 obj1 了吗?

原因就在于 __proto__ 是访问器属性,我们读取它实际上是在调用对应的getter/setter方法,而现在 obj2 的原型(即 obj1 )并没有对应的getter/setter方法,自然是 undefined 了; 。

现在综合一下,看下面代码:

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为什么最后 obj2.__proto__ 输出的是 hello world ,为什么 __proto__ 成了 obj2 自己的属性了?

关键就在于红框的三句代码:

第一句 let obj2 = {} ,此时 obj2 有原型,有访问器属性 __proto__ ,一切正常; 。

第二句 obj2.__proto__ = obj1 ,这句调用 __proto__ 的setter方法,将 [[Prototype]] 的引用指向了 obj1 ; 。

这一句完成以后, obj2 因为 obj1 这个原型而没有访问器属性 __proto__ 了; 。

所以第三句 obj2.__proto__ = 'hello world' 的 __proto__ 已经不再是访问器属性了,而是一个普通的属性名了,所以这句就是一个普通的添加属性的语句了; 。

构造器(constructor)

在隐藏属性 [[Prottotype]] 那里,看到其有一个 constructor() 方法,顾名思义,这就是构造器了; 。

类对象与函数对象

  • 类对象

在其他编程语言比如Java中,构造方法通常是和类名同名的函数,里面定义了对象的一些初始化代码; 。

当需要一个对象时,就通过 new 关键字去调用构造方法创建一个对象; 。

那在JS中,当我们 let obj = {} 去创建一个字面量对象的时候,发生了什么?

上面这句代码,其实就是 let obj = new Object() 的简写,也是通过 new 关键字去调用一个和类名同名的构造方法去创建一个对象,在这里就是构造方法 Object() ; 。

这种通过 new className() 调用构造方法创造的对象,称为类对象; 。

  • 函数对象

但是,再等一下,JS早期是没有类的概念的,那个时候大家又是怎么去创建对象的呢?

想一下,创建对象是不是需要一个构造方法(即一个函数),本质上是不是 new Function() 的形式去创建对象?

对咯,早期就是 new Function() 去创建对象的,这个 Function 就叫做构造函数; 。

这种通过 new Function() 调用构造函数创造的对象,称为函数对象; 。

构造函数和普通函数又有什么区别呢?除了要求是用 function 关键字声明的函数,并且命名建议大驼峰以外,几乎是没有区别的:

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看,我们声明了一个构造函数 Cat() ,并通过 new Cat() 创造了一个对象 tom ; 。

打印 tom 发现,它有一个原型,这个原型和字面量对象的原型不一样,它有一个方法一个属性; 。

方法是 constructor() 构造器,指向的正是 Cat() 函数; 。

属性是另一个隐藏属性 [[Prototype]] ,暂时不去探究它是谁; 。

也就是说,函数对象的原型,是由另一个原型和 constructor() 方法组成的对象; 。

我们可以用代码来验证一下,类对象和函数对象的原型的异同点:

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如上所示,创建了一个函数对象 tom 和一个类对象 obj ; 。

可以看出:

函数对象的原型的方法 constructor() 指向构造函数本身; 。

函数对象的原型的隐藏属性 [[Prototype]] 和字面量对象(Object对象)的隐藏属性,他们两的引用相同,指向的是同一个对象,暂时不去探究这个对象是什么,就认为它是字面量对象的原型即可; 。

还可以看到,无论是类对象,还是函数对象,其原型都有 constructor() 构造器; 。

这个构造器在创建对象的过程中,具体起了什么样的作用呢?

让我们先看看函数对象 tom 的这个原型是怎么来的?我们之前一直都是在说对象有一个隐藏属性 [[Prototype]] 指向原型对象,究竟是哪一步,让这个隐藏属性指向了原型对象呢?

函数的普通属性prototype

事实上,每个函数都有一个属性 prototype ,默认情况下,这个属性 prototype 是一个对象,其中只含有一个方法 constructor ,而这个 constructor 指向函数本身(还有一个隐藏属性 [[Prototype]] ,指向字面量对象的原型); 。

可以用代码佐证,如下所示:

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注意, prototype 要么是一个对象类型,要么是null,不可以是其他类型,这听起来很像隐藏属性 [[Prototype]] ,不过 prototype 只是函数的一个普通属性,对象是没有这个属性的; 。

来看下这个属性的特性吧:

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可以看到,它不是一个访问器属性,只是一个普通属性,但是它不可配置不可枚举,只能修改值; 。

它的 value 值,眼熟吗?正是构造函数创建的函数对象的原型啊; 。

它居然还有一个特性 [[Prototype]] ,不要把它和 value 值里面的属性 [[Prototype]] 弄混,前者是 prototype 属性的特性,后者是 prototype 属性的一个隐藏属性,虽然此刻他们都指向字面量对象的原型,但是前者始终指向字面量对象的原型,后者则始终指向原型(而原型是会变的); 。

这里也不再去追究为什么它会有这样一个特性了,让我们把重点放在 prototype 属性本身; 。

new Function()的时候发生了什么

事实上,只有在调用 new Function() 作为构造函数的时候,才会使用到这个 prototype 属性; 。

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我们来仔细分析一下上面代码具体发生了什么:

let tom = new Cat() 这句代码的执行流程如下:

  • 先调用 Cat.prototype 属性的特性 [[Prototype]] (我们知道它指向字面量对象的原型)里面的 constructor() 构造器,创建一个字面量空对象,当然此时这个对象的隐藏属性 [[Prototype]] 也都已经存在了,将这个对象分配给 this 指针;
  • 然后返回 this 指针给 tom ,即 tom 引用了这个字面量空对象,同时 this 指向了 tom
  • 然后执行构造函数 Cat() 本身的语句,即 this.name = "Tom" ,于是 tom 就有了一个属性 name
  • 然后将 Cat.prototype 属性值 value 复制 (注意,这里是复制,不是赋值,这意味着这里不是传引用,而是传值)给 tom 的隐藏属性 [[Prototype]] ,即 tom.__proto__ = Cat.prototype

如果我们用代码去描述上面整个过程,就类似于下面这样:

                        
                          // let tom = new Cat()的整个具体流程,类似于下面这样
let tom = {}; //创建字面量对象,并赋值给变量tom
tom.name = "Tom"; // 执行Cat()函数
tom.__proto__ = Cat.prototype; // 将Cat的prototype的属性值赋值给tom的隐藏属性[[Prototype]]

                        
                      

现在已经说清楚了 new Function() 发生的具体过程,上面代码的输出结果也佐证了我们所说的:

函数对象 tom 的原型正是 Cat 函数的属性 prototype 的值 value ,可以看到他们的 constructor() 构造器都指向 Cat 函数本身,并且 tom.name 的值 Tom ; 。

然后我们修改了 Cat 函数的 prototype 的值 value , Cat.prototype = Dog.prototype 语句将其设置成了 Dog 函数的 prototype 的值 value ; 。

让我们顺着刚刚说的流程,看看 let newTom = new Cat() 的执行过程:

  • 先创建字面量空对象;
  • 然后赋值给 newTom
  • 然后调用 Cat() 函数本身,即 newTom.name = "Tom"
  • 然后执行语句 newTom.__proto__ = Cat.prototype ,而 Cat.prototype = Dog.prototype ,所以 newTom.__proto__ = Dog.prototype

输出结果佐证了我们的执行过程,函数 newTom 的原型正是 Dog 函数的属性 prototype 的值 value ,他们的 constructor() 构造器都指向了 Dog 函数本身,但是 newTom.name 的值依然是"Tom"; 。

从上面前后两个输出结果也可以看出来,最后一步的 tom.__proto__ = Cat.prototype 确实是复制而不是赋值,否则在 Cat.prototype = Dog.prototype 语句之后, tom.__proto__ = Cat.prototype = Dog.prototype 了,但是输出结果表面并没有改变; 。

现在我们已经明白了函数对象的原型为什么是这个样子的,也明白了函数对象的 constructor() 构造器指向了构造函数本身; 。

现在让我们像下面这样,使用一下函数对象的 constructor() 构造器吧:

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看上面的代码,我们现在已经知道 let tom = new Cat() 的时候都发生了什么,也知道此时 tom 的原型的 constructor() 构造器指向的是 Dog 函数; 。

所以 let spike = new tom.constructor() 这句代码,当 tom 去自己的属性里没有找到 constructor() 方法的时候,就去原型里面去找,于是找到了指向 Dog 函数的 constructor() 构造器,所以这句代码就等于 let spike = new Dog() ; 。

通过这段代码,好好体会一下函数对象的构造器吧.

构造函数和普通函数的区别

其实从技术上来讲,构造函数和普通函数没有区别; 。

只是默认构造函数采用大驼峰命名法,并通过 new 操作符去创建一个函数对象; 。

  • new.target 。

    我们怎样去判断一个函数的调用是普通调用,还是 new 操作符调用的呢?

    image-20221221152944768

    如上所示,通过 new.target ,可以判断该函数是被普通调用的还是通过 new 关键字调用的; 。

  • 构造函数的返回值 。

    构造函数从技术上说,就是一个普通函数,所以当然也可能有 return 返回值(通常构造函数于情于理都是不会有 return 语句的); 。

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    之前说过 new Function() 的时候的具体流程,我们来看一下:

    • 先创建一个字面量空对象; 。

    • 将空对象赋值给 tom ; 。

    • 执行 Cat() 函数,让 tom 有了属性 name ; 。

      但是 Cat() 函数有 return 语句,返回了一个空对象 {} ,由 tom 接收了,也就是说 tom 被覆盖赋值了; 。

    • 所以最后 tom 指向的是 return 语句的空对象,而不是最开始创建的空对象; 。

字面量对象的原型

new Object()的时候发生了什么

我们刚刚说了 new Function() 创建函数对象的时候,具体发生了什么,现在来看看创建类对象的时候,具体发生了什么; 。

以 Object 为例,因为它是一个类,是JS其他所有类的祖先,这一点与Java类似; 。

我们先看一下 Object 的 prototype 属性吧,是的,类和函数一样,也有这个属性(注意,是类有这个属性,而不是类的实例即对象有这个属性); 。

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看上图,是不是很眼熟,这不就是字面量对象的原型吗?

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是的,如上图所示,就是它; 。

还记得原型链吧,那么这个原型对象还有原型吗?

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如上所示,没有了,指向null了,看样子我们已经走到了原型链的原点了,为了方便,我们就称呼 Object.prototype 为原始原型吧; 。

看看它的特性吧:

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和函数的 prototype 属性的特性,如出一辙,但是注意,它的 writable 属性是 false 了,这意味着我们再也无法对这个属性做任何操作了; 。

这是当然,它可是所有类的祖先,怎么能随意更改呢; 。

这下我们就能明白 new ClassName() 的时候大概流程是什么样子了; 。

以 let obj = {} 为例(其实就是 let obj = new Object() ):

  • 先调用 Objecet.prototype 属性的特性 [[Prototype]] 里面的 constructor() 构造器(不再继续深究这个构造器了),创建一个字面量空对象,当然此时这个对象的隐藏属性 [[Prototype]] 也都已经存在了;
  • 然后将这个对象赋值给 obj ,即 obj 引用了这对象,同时 this 指针也就指向了 obj
  • 然后执行构造方法 Object() 本身的语句,就不再进一步去研究这个构造方法了,总之此时 obj 已经是一个有着很多内置方法的字面量对象了;
  • 然后将 Object.prototype 属性值 value ,复制给 obj 的隐藏属性 [[Prototype]] ,即 obj.__proto__ = Object.prototype

注意,其实流程不完全是上面这样子,与构造函数的流程还有一点点区别,主要是第三步,还有一个构造器的执行,这和类的继承有关系,详细的在后面 new className()的时候发生了什么 里面具体说明; 。

更改原始原型

我们刚刚说了, Object.prototype 属性的所有特性都是 false ,意味着我们对这个属性无法再做任何操作了; 。

这只是再说,我们不能对其本身做任何删改的操作了,但是它本身依然是一个对象,这意味着我们可以正常的向其添加属性和方法; 。

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如上图所示,我们向 Object.prototype 属性对象里添加了 hello() 方法,并且由 obj 对象通过原型调用了这个方法; 。

类对象的原型

我们已经了解了函数对象的原型,和原始原型,再来看看类对象的原型; 。

我们把这三种放一起做个比较吧:

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我们自定义了类 classA ,自定义了函数 functionA ,并创建了类对象 clsA 和函数对象 funcA ,以及字面量对象; 。

可以看出,类对象与函数对象的原型的形式,是一致的,只是各自原型里的 constructor() 指向各自的类/函数,即红框部分不同; 。

而他们的原型的原型则是一致的,和字面量对象的原型一样,都指向了原始原型,即绿框部分相同; 。

上面的输出结果佐证了这一点; 。

从这也可以看出来,其他类都是继承自原始类 Object 的,只是原型链的长短罢了,最终都可以溯源到原始类 Object ; 。

很显然,类与构造函数,很类似; 。

类与构造函数的区别

尽管类对象和函数对象有相似的原型,但是不代表类与构造函数就完全一样了,他们之间的区别还是很大的:

  • 类型不同,定义形式不同 。

    image-20221221160907543

    类名后不需要括号,构造函数名后需要加括号; 。

    类的方法声明形式和构造函数的方法不一样; 。

    打印类和构造函数,类前的类型是 class ,构造函数前的类型是 f ,即 function ; 。

    注意,不能使用 typeof 操作符,它会认为类和构造函数都是 function 。

  • prototype不一样 。

    image-20221221161607599

    如上所示,类的方法,会成为 prototype 的方法,但是构造函数的方法不会成为 prototype 的方法; 。

    也即构造函数的 prototype 始终由 constructor() 和原始原型组成,函数对象无法通过原型去调用在构造函数里定义的方法; 。

    函数对象如果想要调用 method1() 方法,就不能写成 let method1 = function(){} ,而是 this.method1 = function(){} ,将其变为函数对象自己的方法; 。

  • prototype的特性不一样 。

    image-20221221162205970

    类的 prototype 是不可写的,但是构造函数的 prototype 是可写的; 。

  • 方法的特性不一样 。

    image-20221221163658267

    由于函数对象不能通过原型继承方法,这里只展示类的方法的特性,如上所示,类的方法,是不可枚举的,也即不会被 for-in 语法遍历到; 。

  • 模式不同 。

    由于类是后来才有的概念,所以类总是使用严格模式,即不需要显示使用 use strict ,类总是在严格模式下执行; 。

    而构造函数则不同,默认是普通模式,需要显示使用 use strict 才会在严格模式下执行; 。

  • [[IsClassConstructor]] 。

    类有隐藏属性 [[IsClassConstructor]] ,其值为true; 。

    这要求必须使用 new 关键字去调用它,像普通函数一样调用会出错:

    image-20221221164940516

    但是很显然,构造函数本身就是一个函数,是可以像普通函数一样去调用的; 。

  • 构造器 constructor 。

    由于函数对象不能通过原型继承方法,所以无法自定义构造器; 。

    但是类对象可以继承啊,所以可以自定义构造器并在 new 的时候调用; 。

    image-20221221170615072

    从图上可以看出,我们是无法去自定义构造函数的构造器的,它依然还是按照我们所说的流程去创建函数对象的; 。

    我们现在看看,类自定义构造器,是怎么按照我们的流程去创建类对象的:

    • 先调用 classA.prototype 的特性 [[Prototype]] 里的构造器去创建一个字面量空对象; 。

    • 将空对象赋值给变量 clsA ; 。

    • 然后执行构造方法 classA() 本身的语句; 。

      首先添加了属性 outterName ; 。

      然后又遇到了 constructor() 方法(注意该构造器与 classA.prototype.constructor 不是同一个东西),于是又执行了这个构造器的语句,添加了属性 innerName ; 。

    由此我们可以得出,类在创建类对象的时候,流程依然是我们所述的流程; 。

    但是在遇到类里面的同名方法 constructor() 时候,不会将其作为原型方法,而是会立即运行该构造器; 。

    另外,像 outterName 这样的属性,不会成为 prototype 的属性,也就是说,类只有定义的方法(除了 constructor 构造器)会进入 prototype 的属性,成为原型被继承; 。

new className()的时候发生了什么

上面刚刚描述了类自定义构造器之后,创建对象是一个什么样的流程; 。

现在来仔细理解一下类的构造器,事实上,如果我们不显式自定义构造器,类也会默认提供一个下面这样的构造器:

                        
                          constructor() {
	super();
}

                        
                      

这里的 super() 实际上就是在调用其父类的构造方法(注意不是指父类的构造器 constructor() ,而是指父类自身); 。

用代码来验证一下吧:

image-20221221191937504

我们先来看一下 let c = new classC() 的时候,具体流程是什么样的吧:

  • 首先调用 classC.prototype 属性的特性 [[Prototype]] (它总是指向原始原型),创建一个字面量空对象;
  • 然后将其赋值给变量 c
  • 然后执行构造方法 classC() 的语句,通常会有添加对象的属性和方法的语句,这里没有;
  • 接着查看是否显式声明了 constructor() 构造器(如果没有就提供一个默认的构造器),这里有,于是立即执行这个构造器;
    • 首先是 super() ,实际上就是执行构造函数 classA() 的语句,于是添加了属性 nameA
    • 然后是 this.nameB = 'C' ,于是添加了属性 nameC
  • 最后,将 classC.prototype value 值,复制给 c 的隐藏属性 [[Prototype]] ,即 c.__proto__ = classC.prototype

整个完整流程如上所示; 。

现在来试着对着流程看看 let b = new classB() 吧:

  • 首先创建字面量空对象;
  • 赋值给变量 b
  • 执行 classB() 的语句,添加了属性 nameB
  • 没有构造器,提供默认的构造器,执行 super() 即执行 classA() 的语句,于是添加了属性 nameA
  • 最后,复制 b 的原型为 classB.prototype value 值;

输出结果也验证了我们所说的; 。

操作原型的现代方法

之前已经说过,通过 __proto__ 属性去操作原型的方法,是历史的过时的方法,实际上并不推荐; 。

现代JS有以下方法,供我们去操作原型:

  • Object.getPrototypeOf(obj) 。

    此方法,返回对象 obj 的隐藏属性 [[Prototype]] ; 。

  • Object.setPrototypeOf(obj, proto) 。

    此方法,将对象 obj 的隐藏属性 [[Prototype]] 指向新的对象 proto ; 。

  • Object.create(proto, descriptors) 。

    此方法,创建一个空对象,并将其隐藏属性 [[Prototype]] 指向 proto ; 。

    同时,可选参数 descriptors 可以给空对象添加属性,如下所示:

    image-20221220233321028

原型链与继承

现在应该已经理解了原型是一个什么样的概念,以及如何去访问原型; 。

正如继承有儿子继承父亲,父亲继承爷爷一样,有这样一个往上溯源的关系,原型也可以这样往上溯源,这就是原型链的概念; 。

用代码去理解一下吧:

image-20221219222154114

我们定义了三个对象A/B/C,并且设置C的原型是B,B的原型是A; 。

读取 C.nameA 的时候,首先在C自己的属性里去找,没有找到; 。

于是去原型B的属性里去找,没有找到; 。

再去B的原型A的属性里去找,找到并输出; 。

可以看C展开的一层层结构,可以很清晰的看到原型链的存在; 。

由此也可以看出,JS是单继承的,同Java一致; 。

但是正常的继承,肯定不是这样手动去设置对象的原型的,而是自动去设置的; 。

在JS中,继承的关键字也是 extends ,也是描述类的父子关系的; 。

image-20221221194842123

上面代码, classC 继承 classB ,而 classB 继承 classA ; 。

所以 classC 的对象,继承了他们的属性,便有了三个属性 nameA/nameB/nameC ,这也说明,属性是不放在原型里的,而是会在创建对象的时候,直接成为 classC 的属性; 。

classC 的原型,有一个属性一个方法,方法是 constructor() 构造器指向自己,属性是另一个原型; 。

注意,打印出来的原型后面标注的 classX ,原型指的是对象,不是类,所以 classC 的原型不是指 classB 这个类本身,而是指其来源于 classB ; 。

紫色框:对象 c 的原型,即 c.__proto__ == classC.prototype ; 。

橘色框: classB.prototype ,即对象 c 的原型的原型 c.__proto__.__proto__ == classB.prototype ; 。

绿色框: classA.prototype ,即对象 c 的原型的原型的原型 c.__proto__.__proto__.__proto__ == classA.prototype ; 。

红色框: Object.prototype ,也即原始原型 c.__proto__.__proto__.__proto__.__proto__ == Object.prototype ; 。

这是一条完整的原型链,从中也能看出继承是什么样的一个形式; 。

最后此篇关于JavaScript:原型(prototype)的文章就讲到这里了,如果你想了解更多关于JavaScript:原型(prototype)的内容请搜索CFSDN的文章或继续浏览相关文章,希望大家以后支持我的博客! 。

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