编程无需类？探索原型编程的奇妙之旅

面向原型编程是一个大家很少提到的概念，不过它的代表语言特别流行，就是大家常用的Javascript。面向原型编程是其实是面向对象编程的一个特例，那么这种编程范式解决了什么问题、有什么特点，为什么要单独掕出来讲呢？本文就带大家来一探究竟。

1. 基于原型的编程简介

1.1 原型编程是啥？

想象一下，你有一块黏土，你可以用它塑造一个小猫咪的形状，这个小猫咪就是一个对象。现在，如果你想要更多相似的小猫咪，你可以用这个已经塑造好的小猫咪作为模板，继续塑造更多小猫咪。这就是基于原型编程的核心思想，你不需要先定义黏土的“类别”，而是直接塑造对象，然后复制它就行了。

1.2 不需要“类”就能创建对象

在基于原型的编程中，世界是由一系列“对象”组成的，它们都是独一无二的。你可以想象成，每个对象都是一个独特的雪花，它们不需要通过“雪花类”来生成，而是直接从现有的雪花中复制而来。我们可以用一个词“classless”来记住这个特点。

2. 为什么要用原型编程？

2.1 脆弱基类问题

想象你是一名建筑师，在设计一栋大楼时，你必须非常小心地选择基础材料。如果基础不稳固，整栋大楼都有可能倒塌。在编程世界里，想要在一开始就把所有问题洞察清楚往往很难做到，如果你使用类来构建程序的基础，那么当基类（就像建筑中的基础）出了问题，你修修补补的时候，所有依赖它的子类都会受到影响，这就是所谓的“脆弱基类问题”。

比如在C++这样的预编译语言中，子类可以从超类单独编译，对超类的变更会破坏预编译的子类方法。子类和超类之间的联系就像是用超强胶水粘在一起的乐高积木。一旦超类改变了形状，所有粘在它上面的子类都可能变得不再适合，导致整个结构破碎。

有一些语言试图解决这个问题：比如Smalltalk这样的动态语言，你可以在程序运行时随心所欲地改变类的定义。这听起来很酷，但就像在一辆行驶中的汽车上更换轮胎，非常危险且容易出错。

2.2 消除类和对象的二元性

原型编程像是在玩乐高积木，但没有预先定义的形状。你可以随时根据需要塑造或改变积木的形状，而不用担心这会影响到其他的积木。

3. 如何进行基于原型的编程？

传统的面向对象编程先定义行为和结构，也就是类。是一种关注分类以及类之间关系的开发模型。

3.1 一般方法

• 从对象实例开始：在原型编程中，一切从对象开始。想象你进入了一个满是玩具的房间，而不是从玩具的说明书开始。你先找到一个喜欢的玩具，然后去制造更多相似的玩具。
• 创建原型对象：在原型编程里，你不需要一个玩具制造机（类），你只需要一个现成的玩具（原型对象）。找到一个原型后，你可以无限制地复制它，每个复制品都可以根据需要进行调整和改造。
• 修改原型：在基于原型的语言中，修改原型就像是调整灯光一样简单。你可以随时根据需要增加亮度或改变颜色，而不会影响到其他的灯。

3.2 基本规则

1. 所有的数据都是对象，就像在一个玩具屋里，一切都是玩具。
2. 要得到一个对象，你不需要生产线（实例化类），只需要复制一个已有的玩具（对象）。
3. 对象知道它们是从哪个玩具复制来的（记住它的原型）。
4. 如果一个玩具不能做某件事，它会请教它的模板玩具（委托给它的原型）。

4. 面向原型编程语言 - JavaScript

4.1 JavaScript中的原型

举个例子吧。假设我们有一个叫做“玩具士兵”的小玩具。这个玩具士兵会说“前进！”和“后退！”。现在，我们想要一个新的玩具士兵，希望它能多说一句“向左转！”。

在JavaScript中，我们可以这么做：

function ToySoldier() {
  this.name = "Soldier";
  this.speakForward = function() {
    console.log(this.name + '前进！');
  };
  this.speakBackward = function() {
    console.log(this.name + '后退！');
  };
}

// 创建一个玩具士兵
var originalSoldier = new ToySoldier();

// 现在，我们想要一个改进版的士兵
var improvedSoldier = Object.create(originalSoldier);
improvedSoldier.speakLeftTurn = function() {
  console.log(this.name + '向左转！');
};

// 使用原始士兵
originalSoldier.speakForward(); // 输出：前进！
originalSoldier.speakBackward(); // 输出：后退！

// 使用改进版的士兵
improvedSoldier.speakForward(); // 输出：前进！（继承自原始士兵）
improvedSoldier.speakLeftTurn(); // 输出：向左转！（新增功能）

可以看到改进版的士兵improvedSoldier是以originalSoldier为基础创建的，originalSoldier是improvedSoldier的原型；而originalSoldier是ToySoldier这个构造函数的实例，originalSoldier的原型是ToySoldier的prototype属性。prototype是什么？下边马上会讲。

在JavaScript中，每个对象的内部都链接到另一个对象，称为其原型。这个原型也有自己的原型，以此类推，直到一个对象的原型为null为止。这种关系通常被称为原型链。

4.2 __proto__ 和 prototype

上边我们谈到谁是谁的原型，那么怎么查看对象的原型呢？通过 __proto__。

__proto__

它是对象的隐藏属性，它指向了对象的原型，决定了对象可以从原型继承什么。

使用 new xxx 来创建一个实际的对象时，会让对象的__proto__指向 xxx.prototype。对于上文示例，下面的表达式是成立的：

originalSoldier.__proto__ === ToySoldier.prototype

使用 Object.create 创建新对象时，其 __proto__指向传入的原型对象，对于上文示例，下面的表达式是成立的：

improvedSoldier.__proto__ === originalSoldier

虽然这个属性在很多Javascript的运行环境中都存在，但它不是一个标准的属性，建议使用 Object.getPrototypeOf(obj) 来获取对象的原型，这个方法更标准、更可靠。

prototype

上文我们提到originalSoldier的原型是ToySoldier的prototype属性。那么prototype是什么呢？

prototype是构造函数ToySoldier的一个属性，它定义了通过这个构造函数创建的所有对象共享的属性和方法。

在上边的例子中我们是在ToySoldier这个构造函数内部创建的属性和方法，使用new创建对象时，ToySoldier的属性和方法会一次性复制到新的对象中，然后再改变ToySoldier的属性和方法，新对象也不会受到任何影响。

还有另外一种声明属性和方法的方式，可以让原型链上的对象都受到影响，那就是通过构造函数的prototype属性进行定义。我们可以把上边的示例进行修改：

function ToySoldier() {
}

ToySoldier.prototype.name = "ToySoldier";
ToySoldier.prototype.speakForward = function() {
    console.log(this.name+'前进！');
};
ToySoldier.prototype.speakBackward = function() {
    console.log(this.name+'后退！');
};

// 创建一个玩具士兵
var originalSoldier = new ToySoldier();

// 现在，我们想要一个改进版的士兵
var improvedSoldier = Object.create(originalSoldier);
improvedSoldier.speakLeftTurn = function() {
  console.log(this.name+'向左转！');
};

ToySoldier.prototype.name="HelloSoldier";

// 使用原始士兵
originalSoldier.speakForward(); // 输出：前进！
originalSoldier.speakBackward(); // 输出：后退！
// 使用改进版的士兵
improvedSoldier.speakForward(); // 输出：前进！（继承自原始士兵）
improvedSoldier.speakLeftTurn(); // 输出：向左转！（新增功能）
improvedSoldier.speakBackward(); // 输出：后退！

在这个例子中，我们通过 ToySoldier.prototype.name="HelloSoldier" 更新了name的值，原型链上的 originalSoldier 和 improvedSoldier 拿到的都会是这个新值，因为此时他们是共享 name 属性的。这样内存的使用比较高效，因为不管你创建多少个对象，它们都会使用相同的属性和函数引用。

4.3 对象的两种表现形式

Object

普通对象，它是JavaScript中最基本的数据结构。它是属性（properties）的集合，属性可以是基本值、对象或者函数。可以把它看作是键值对的容器。

普通对象可以通过对象字面量、Object构造函数或者使用Object.create方法来创建，示例如下：

// 对象字面量
var person = {
  name: "Alice",
  age: 25,
  greet: function() {
    console.log("Hello, my name is " + this.name + "!");
  }
};

// 使用Object构造函数
var book = new Object();
book.title = "1984";
book.author = "George Orwell";

// 使用Object.create方法
var animal = Object.create(null); // 创建一个没有原型的对象
animal.name = "Lion";

注意：所有普通对象的原型是Object.prototype。

Function

在JavaScript中，函数本身也是对象，它们是Function类型的实例。函数对象不仅可以像普通对象一样拥有属性和方法，还可以被调用或执行。

函数对象通常通过函数声明、函数表达式或Function构造函数来创建。示例如下：

// 函数声明
function sayHello() {
  console.log("Hello!");
}

// 函数表达式
var add = function(a, b) {
  return a + b;
};

// 使用Function构造函数
var multiply = new Function('a', 'b', 'return a * b;');

当然函数对象不仅可以执行代码，还可以像普通对象一样拥有属性和方法，在上边士兵的例子中我们已经见识过了。

注意：函数对象的原型是Function.prototype，它本身也是一个函数对象，最终继承自Object.prototype。

与传统面向对象概念的区别

在传统的面向对象编程（OOP）语言中，比如Java或C++，类（Class）是创建对象的模板。在这些语言中，对象通常是类的实例。

而JavaScript采用的是基于原型（Prototype）的面向对象编程。在JavaScript中，类的概念不是内置的，虽然ES6引入了class关键字，但它只是基于原型的语法糖。当我们说一个对象是某个对象的实例时，通常指的是通过构造函数创建的实例。

比如士兵例子中的 ToySoldier 是一个函数对象，实际上也是一个构造函数，通过 new 我们得到这个构造函数的新实例，也就是一个新对象，此时新对象的原型指向ToySoldier.prototype。

var originalSoldier = new ToySoldier();

5. 从心理学的角度看原型编程

在心理学中，一个原型是对某一类事物的最佳代表或“标准”形象。例如，当我们想到“鸟”的原型时，我们可能会想到一个具有典型鸟类特征的物种，如麻雀或鸽子，而不太可能想到企鹅或鸵鸟，尽管它们也是鸟类。

人们倾向于通过与已知原型的相似度来识别和分类新的对象。这意味着我们会将新遇到的事物与内心中的原型进行比较，以决定它属于哪个类别。例如，当我们看到一种新的飞行生物时，我们会根据它的特征判断它是否与我们心目中的“鸟”原型相似，从而识别出它是一种鸟。

虽然心理学中的原型和计算机中原型不是同一个概念，但也可以发现一些共通之处。在心理学中，原型帮助我们理解和分类新的信息；在计算机科学中，原型（尤其是JavaScript中的原型）允许对象继承特性，从而创建出具有相似特征的新对象。在两种情况下，原型都是一个参照点，帮助我们建立对新事物的理解。

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基于原型的编程就像是一场不需要预先设计蓝图的建筑盛宴。它允许你在一个充满可能性的世界中自由地塑造和重塑对象，而不必担心会受到脆弱基类问题的束缚。

在这个灵活的编程世界中，JavaScript作为其中的佼佼者，提供了一个完美的舞台，让开发者能够用最直观的方式去理解和应用原型编程的魅力。