プロトタイプ継承

プログラミングでは、何かを取得しそれを拡張することがしばしばあります。

例えば、プロパティとメソッドをもつ user オブジェクトがあるとします。そして、そのいくつかを僅かに変更した admin や guest を作りたいとします。メソッドのコピーや再実装ではなく、単にその上に新しいオブジェクトを作成することで、user が持っているものを再利用したいです。

プロトタイプ継承 はそれを助ける言語の機能です。

プロトタイプ [[Prototype]]

JavaScriptでは、オブジェクトは特別な隠しプロパティ [[Prototype]] （スペックにて命名されています）を持っており、それは null または別のオブジェクトを参照します。そのオブジェクトは “プロトタイプ” と呼ばれます。

object からプロパティを読んだときに存在しない場合、JavaScriptは自動的にプロトタイプからそれを取得します。プログラミングではこのようなことを “プロトタイプ継承” と呼びます。多くのクールな言語機能やプログラミングテクニックは、これがベースになっています。

プロパティ [[Prototype]] は内部であり隠されていますが、セットする多くの方法があります。

それらの１つは、次のように __proto__ を使う方法です:

let animal = {
  eats: true
};
let rabbit = {
  jumps: true
};

rabbit.__proto__ = animal; // rabbit.[[Prototype]] = animal をセット

rabbit のプロパティを読むときにそれがない場合、JavaScriptは自動で animal から取得します。

例:

let animal = {
  eats: true
};
let rabbit = {
  jumps: true
};

rabbit.__proto__ = animal; // (*)

// 今、rabbit で両方のプロパティを見つけることができます:
alert( rabbit.eats ); // true (**)
alert( rabbit.jumps ); // true

ここで、行 (*) は rabbit のプロトタイプに animal をセットしています。

次に、alert がプロパティ rabbit.eats (**) を読もうとしたとき、それは rabbit にはないので、JavaScriptは [[Prototype]] 参照に従って、animal の中でそれを見つけます(下から上に向かいます)。

ここでは、私たちは “animal は rabbit のプロトタイプ” または “rabbit がプロトタイプ的に animal を継承している” という事ができます。"

したがって、もし animal が多くの役立つプロパティやメソッドを持っている場合、それらは自動的に rabbit でも利用可能になります。このようなプロパティは “継承” と呼ばれます。

もし animal がメソッドを持っている場合、rabbit でもそれを呼ぶことができます:

let animal = {
  eats: true,
  walk() {
    alert("Animal walk");
  }
};

let rabbit = {
  jumps: true,
  __proto__: animal
};

// walk は prototype から得られました
rabbit.walk(); // Animal walk

メソッドは次のように自動的にプロトタイプから取られます。:

プロトタイプチェーンは長くても問題ありません。:

let animal = {
  eats: true,
  walk() {
    alert("Animal walk");
  }
};

let rabbit = {
  jumps: true,
  __proto__: animal
};

let longEar = {
  earLength: 10,
  __proto__: rabbit
};

// walk は prototype チェーンから取られました
longEar.walk(); // Animal walk
alert(longEar.jumps); // true (rabbit から)

ここで longEar から何かしらを読み取ろうとして、それが見つからなかった場合、JavaScript はまず rabbit、次に animal の順に探しに行きます。

実際には、2つの制限があります。:

1. 参照を循環させることはできません。JavaScriptは、循環するように __proto__ を割り当てようとするとエラーになります。
2. __proto__ の値はオブジェクトまたは null になります。プリミティブのような、それ以外のすべての値は無視されます。

また、明白かもしれませんが、1つの [[Prototype]] しか存在しません。 オブジェクトは2つの他のものから継承することはできません。

書き込みはプロトタイプを使用しません

プロトタイプは、プロパティを読むためだけに使われます。

書き込み/削除操作はオブジェクトで直接動作します。

下の例では、自身の walk メソッドを rabbit に割り当てています。:

let animal = {
  eats: true,
  walk() {
    /* このメソッドは rabbit では使われません */
  }
};

let rabbit = {
  __proto__: animal
}

rabbit.walk = function() {
  alert("Rabbit! Bounce-bounce!");
};

rabbit.walk(); // Rabbit! Bounce-bounce!

これ以降、rabbit.walk() 呼び出しは、プロトタイプを使うことなく、オブジェクトの中にすぐにメソッドを見つけ、それを実行します。

getter/setter の場合 – もしプロパティの読み書きをすると、プロトタイプで参照されて呼び出されます。

例えば、以下のコードで admin.fullName プロパティをチェックしてください:

let user = {
  name: "John",
  surname: "Smith",

  set fullName(value) {
    [this.name, this.surname] = value.split(" ");
  },

  get fullName() {
    return `${this.name} ${this.surname}`;
  }
};

let admin = {
  __proto__: user,
  isAdmin: true
};

alert(admin.fullName); // John Smith (*)

// setter がトリガします!
admin.fullName = "Alice Cooper"; // (**)

alert(admin.fullName); // Alice Cooper, admin の状態が変更されました。
alert(user.fullName); // John Smith, user の状態はそのままです。

ここで、行 (*) では、プロパティ admin.fullName はプロトタイプである user が getter を持っているので、それが呼ばれます。同様に行 (**) では、プロパティはプロトタイプにある setter が呼ばれます。

“this” の値

上の例で、興味深い質問が起きるかもしれません。: set fullName(value) の内側での this の値はなんでしょうか？プロパティ this.name と this.surname が書かれているのはどこでしょうか？ user または admin ?

答えはシンプルです: this はプロトタイプによる影響を持ったく受けません。

メソッドがどこにあるかは関係ありません：オブジェクトの中でも、そのプロトタイプ内でも。メソッド呼び出しでは、this は常にドットの前のオブジェクトです。

したがって、setter は実際に this として admin となり、user ではありません。

多くのメソッドを持つ大きなオブジェクトを持ち、それを継承する場合があるため、これは実際には非常に重要なことです。継承したオブジェクトで継承したメソッドを実行すると、大きなオブジェクトではなく、継承したオブジェクトの状態を変更します。

例えば、ここでは animal は “メソッド格納域” を表現しており、rabbit はそれを使います。

呼び出し rabbit.sleep() は rabbit オブジェクトに this.isSleeping をセットします。:

// animal がメソッドを持っています
let animal = {
  walk() {
    if (!this.isSleeping) {
      alert(`I walk`);
    }
  },
  sleep() {
    this.isSleeping = true;
  }
};

let rabbit = {
  name: "White Rabbit",
  __proto__: animal
};

// rabbit.isSleeping を変更する
rabbit.sleep();

alert(rabbit.isSleeping); // true
alert(animal.isSleeping); // undefined (prototype にそのようなプロパティはありません)

結果の図は次のようになります:

もし bird, snake など animal から継承された他のオブジェクトを持っていた場合、それらもまた animal のメソッドへのアクセスができます。しかし各メソッドでの this は対応するオブジェクトであり、animal ではなく、呼び出し時に評価されます（前のドット）。 したがって、this にデータを書き込むとき、これらのオブジェクトに格納されます。

結果として、メソッドは共有されますが、オブジェクトの状態は共有されません。

for…in loop

for..in ループは継承したプロパティも繰り返し処理します。

例:

let animal = {
  eats: true
};

let rabbit = {
  jumps: true,
  __proto__: animal
};

// Object.keys は実親のキーだけを返します
alert(Object.keys(rabbit)); // jumps

// for..in は実親と継承したキー両方をループします
for(let prop in rabbit) alert(prop); // jumps, eats

これは期待している動作ではなく、継承したプロパティは除きたい場合は組み込みのメソッド obj.hasOwnProperty(key)が利用できます。これは obj が key という名前のプロパティをもつ場合（継承したものは含みません）、true を返します。

従って、継承したプロパティをフィルタする（あるいはそれらについて何かをする）ことが可能です。:

let animal = {
  eats: true
};

let rabbit = {
  jumps: true,
  __proto__: animal
};

for(let prop in rabbit) {
  let isOwn = rabbit.hasOwnProperty(prop);

  if (isOwn) {
    alert(`Our: ${prop}`); // Our: jumps
  } else {
    alert(`Inherited: ${prop}`); // Inherited: eats
  }
}

ここでは、次の継承チェーンがあります: rabbit は animal を継承し、animal は Object.prototype を継承しています（animal はリテラルオブジェクト {...} なので、これはデフォルトです）。その上は null です。:

興味深い点が1つあります。メソッド rabbit.hasOwnProperty はどこから来るのでしょうか？我々は定義していません。チェーンをみることで、メソッドは Object.prototype.hasOwnProperty で提供されていることがわかります。つまり、継承されたものです。

…ですが、なぜ hasOwnProperty は継承したプロパティもリストする for..in ループで eats や jumps のように登場しないのでしょう。

答えはシンプルです。これは列挙不可だからです。Object.prototype の他のすべてのプロパティと同様に、enumerable:false フラグを持ちます。そして、for..in は列挙可能なプロパティのみをリストします。そのため、Object.prototype のプロパティは列挙されません。

サマリ

• JavaScriptでは、すべてのオブジェクトは隠れた [[Prototype]] プロパティを持っており、それは別のオブジェクトまたは null です。
• それにアクセスするために obj.__proto__ を使うことができます(他の方法もあります。それらは後ほど学びます)。
• [[Prototype]] によるオブジェクトの参照は “プロトタイプ” と呼ばれます。
• もしも obj のプロパティを読みたい、またはメソッドを呼び出したいが、そこに存在しない場合、JavaScriptはプロトタイプの中で見つけようとします。
• 書き込み/削除操作はオブジェクトに対して直接動作し、プロトタイプを使いません(プロパティが setter でない限り)。
• obj.method() を呼び出し、method がプロトタイプから取られた場合も、this は依然として obj を参照します。したがって、メソッドはたとえ継承されていたとしても、常に現在のオブジェクトで動作します。
• for..in ループは自身と継承したプロパティ両方を繰り返し処理します。他のすべてのキー/バリュー取得メソッドはオブジェクト自身に対してのみ操作します。