前端面试八股文：JavaScript 原型链

一、前言：为什么原型链如此重要？

在 JavaScript 的世界里，原型链是一个"既熟悉又陌生"的概念。很多开发者知道它的存在，却很少直接操作它。然而，原型链是 JavaScript 面向对象编程的基石，理解它不仅能帮助你通过面试，更能让你深入理解 JavaScript 的设计哲学。

二、核心概念：什么是原型链？

1. 基本定义

原型链 是 JavaScript 中实现继承和共享属性的机制。每个对象都有一个内部链接指向它的原型（通过 __proto__ 或 [[Prototype]]），当访问对象的属性时，如果对象自身没有该属性，就会沿着原型链向上查找，直到找到属性或到达链的末端（null）。

2. 关键术语澄清

// 混淆点澄清
function Person() {}

const p = new Person();

// 易混淆的三个概念：
console.log(p.__proto__);            // Person.prototype
console.log(Person.prototype);       // 构造函数的原型对象
console.log(Person.__proto__);       // Function.prototype

// 正确的关系：
// p.__proto__ === Person.prototype
// Person.prototype.__proto__ === Object.prototype
// Object.prototype.__proto__ === null

3. 原型链的"终点站"

任意对象 → Object.prototype → null
    ↑
    └── 原型链查找的终点

三、原型链的工作原理

1. 属性查找过程

const obj = { name: '小明' };

// 查找 obj.toString() 的过程：
// 1. 检查 obj 自身是否有 toString 属性 ❌
// 2. 检查 obj.__proto__ (Object.prototype) ✅ 找到！
// 3. 调用 Object.prototype.toString()

2. 完整的继承体系

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

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

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

// 设置原型链
Dog.prototype = Object.create(Animal.prototype);
Dog.prototype.constructor = Dog;

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

const myDog = new Dog('旺财', '柯基');

// 原型链结构：
// myDog → Dog.prototype → Animal.prototype → Object.prototype → null

四、现代 JavaScript 中的原型链

1. ES6 Class 是语法糖

// ES6 Class 写法
class Person {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  
  sayHello() {
    console.log(`Hello, ${this.name}`);
  }
}

// 等价于 ES5 写法
function Person(name) {
  this.name = name;
}

Person.prototype.sayHello = function() {
  console.log(`Hello, ${this.name}`);
};

// 验证
const p1 = new Person('Alice');
console.log(p1.sayHello === Person.prototype.sayHello); // true

2. 继承的实现

// ES6
class Animal {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
}

class Dog extends Animal {
  constructor(name, breed) {
    super(name);
    this.breed = breed;
  }
}

// Babel 编译后的 ES5 代码
function _inherits(subClass, superClass) {
  subClass.prototype = Object.create(
    superClass && superClass.prototype,
    { constructor: { value: subClass } }
  );
  if (superClass) {
    Object.setPrototypeOf 
      ? Object.setPrototypeOf(subClass, superClass)
      : subClass.__proto__ = superClass;
  }
}

五、原型链在实际开发中的应用

应用1：框架中的原型扩展

// Vue 2 的实例方法
Vue.prototype.$nextTick = function (fn) {
  return nextTick(fn, this);
};

Vue.prototype.$set = set;
Vue.prototype.$delete = del;

// 使用
export default {
  mounted() {
    this.$nextTick(() => {
      // DOM 更新后执行
    });
  }
};

应用2：工具库的实现

// Lodash 风格的工具函数
function _() {
  if (!(this instanceof _)) return new _(...arguments);
  this.__wrapped__ = arguments[0];
}

// 链式调用支持
_.prototype.chain = function() {
  this.__chain__ = true;
  return this;
};

// 取值
_.prototype.value = function() {
  return this.__wrapped__;
};

应用3：Polyfill 实现

// Array.prototype.includes 的 Polyfill
if (!Array.prototype.includes) {
  Object.defineProperty(Array.prototype, 'includes', {
    value: function(searchElement, fromIndex) {
      // 实现逻辑...
    },
    writable: true,
    configurable: true
  });
}

六、性能优化：为什么原型链重要？

1. 内存优化对比

// ❌ 方法定义在构造函数内（浪费内存）
function Person(name) {
  this.name = name;
  this.sayHello = function() {
    console.log(`Hello, ${this.name}`);
  };
}

// 创建1000个实例
const people1 = [];
for (let i = 0; i < 1000; i++) {
  people1.push(new Person(`Person${i}`));
}
// 内存中有1000个sayHello函数

// ✅ 方法定义在原型上（节省内存）
function BetterPerson(name) {
  this.name = name;
}

BetterPerson.prototype.sayHello = function() {
  console.log(`Hello, ${this.name}`);
};

// 创建1000个实例
const people2 = [];
for (let i = 0; i < 1000; i++) {
  people2.push(new BetterPerson(`Person${i}`));
}
// 内存中只有1个sayHello函数

2. 属性查找性能

// 原型链查找 vs 闭包
class WithPrototype {
  calculate() { return this.x + this.y; }
}

class WithClosure {
  constructor(x, y) {
    this.calculate = () => x + y;
  }
}

// 性能测试：原型方法通常更快，因为共享代码

七、面试常见问题与回答

Q1：new 操作符做了什么？

A：

function myNew(Constructor, ...args) {
  // 1. 创建空对象，链接原型
  const obj = Object.create(Constructor.prototype);
  
  // 2. 绑定 this 并执行构造函数
  const result = Constructor.apply(obj, args);
  
  // 3. 返回对象（如果构造函数返回对象则使用它）
  return result instanceof Object ? result : obj;
}

Q2：如何实现继承？

A：

// 最佳实践：组合继承 + 寄生组合继承
function Parent(name) {
  this.name = name;
}

Parent.prototype.sayName = function() {
  console.log(this.name);
};

function Child(name, age) {
  Parent.call(this, name);  // 继承实例属性
  this.age = age;
}

// 继承原型方法（寄生组合式）
Child.prototype = Object.create(Parent.prototype);
Child.prototype.constructor = Child;

// 添加子类方法
Child.prototype.sayAge = function() {
  console.log(this.age);
};

Q3：Object.create 和 new 的区别？

A：

// Object.create：创建新对象，指定原型
const proto = { x: 10 };
const obj1 = Object.create(proto);  // obj1.__proto__ === proto

// new：创建新对象，执行构造函数
function F() {}
const obj2 = new F();  // obj2.__proto__ === F.prototype

// Object.create(null) 创建无原型的"纯净"对象
const pureObj = Object.create(null);
console.log(pureObj.toString); // undefined

Q4：ES6 Class 和 ES5 原型的区别？

A：

1. 语法糖：Class 是更清晰的语法，底层仍是原型
2. 继承实现 ：extends 自动处理原型链
3. 静态方法：Class 有明确的 static 语法
4. 私有字段 ：ES2022 支持真正的私有字段 #field
5. super 关键字：更优雅地调用父类方法

八、最佳实践与注意事项

✅ 推荐做法

// 1. 使用 Class 语法
class User {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  
  // 方法自动进入原型
  sayHello() {
    return `Hello, ${this.name}`;
  }
  
  // 静态方法
  static createAdmin() {
    return new User('admin');
  }
}

// 2. 避免污染内置原型
// ❌ 不推荐
// Array.prototype.myMethod = function() { ... };

// ✅ 推荐
class MyArray extends Array {
  myMethod() {
    // 自定义方法
  }
}

// 3. 使用组合优于复杂继承
const canEat = {
  eat() {
    console.log(`${this.name} is eating`);
  }
};

const canSleep = {
  sleep() {
    console.log(`${this.name} is sleeping`);
  }
};

class Animal {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
}

// 混入
Object.assign(Animal.prototype, canEat, canSleep);

⚠️ 注意事项

1. 原型链不宜过深（通常不超过3层）
2. 避免修改 __proto__ （使用 Object.setPrototypeOf）
3. 注意性能：深层原型链查找会影响性能
4. 使用 Object.hasOwnProperty 区分自身属性和继承属性

九、总结：原型链的现代意义

原型链不是过时的概念，而是 JavaScript 核心特性。虽然现代开发中直接操作原型链的场景减少，但理解原型链能帮你：

1. 深入理解框架：Vue/React 等框架底层都依赖原型
2. 编写高效代码：合理使用原型节省内存
3. 调试更顺畅：知道属性/方法的来源
4. 通过面试：这是必考的基础知识
5. 学习新特性：理解 ES6+ 特性的底层实现

记住 ：你每天写的 array.map()、class extends、this.$router 都在使用原型链。它不是你需要"使用"的工具，而是你需要"理解"的基石。

掌握原型链，你就掌握了 JavaScript 面向对象编程的核心。