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JS 系列四:深入剖析 instanceof 运算符

引言

JS系列暂定 27 篇,从基础,到原型,到异步,到设计模式,到架构模式等,

本篇是JS系列中第 4 篇,文章主讲 JS instanceof ,包括 instanceof 作用、内部实现机制,以及 instanceoftypeofSymbol.hasInstanceisPrototypeObject.prototype.toString[[Class]] 等的对比使用 ,深入了解 JS instanceof

一、instanceof

1. 引入 instanceof

在 JS 中,判断一个变量的类型,常常会用到 typeof 运算符,但当用 typeof 来判断引用类型变量时,无论是什么类型的变量,它都会返回 Object

// 基本类型
console.log(typeof 100); // number
console.log(typeof 'bottle'); // string
console.log(typeof true); // boolean

// 引用类型
console.log(typeof {}); // object
console.log(typeof [1, 2, 3]); // object
复制代码

为此,引入了instanceof

instanceof 操作符用于检测对象是否属于某个 class,同时,检测过程中也会将继承关系考虑在内。

// 类
class Bottle {}
// bottle 是 Bottle 类的实例对象
let bottle = new Bottle();
console.log(bottle instanceof Bottle); // true

// 也可以是构造函数,而非 class
function AnGe() {}
let an = new AnGe();
console.log(an instanceof AnGe); // true
复制代码

2. instanceof 与 typeof

instanceoftypeof 相比,instanceof 方法要求开发者明确的确认对象为某特定类型。即 instanceof 用于判断引用类型属于哪个构造函数的方法。

var arr = []
arr instanceof Array // true
typeof arr // "object"
// typeof 是无法判断类型是否为数组的
复制代码

3. instanceof 在继承关系中

另外,更重的一点是 instanceof 可以在继承关系中用来判断一个实例是否属于它的父类型。

// 判断 f 是否是 Foo 类的实例 , 并且是否是其父类型的实例
function Aoo(){} 
function Foo(){} 
//JavaScript 原型继承
Foo.prototype = new Aoo();
 
var foo = new Foo(); 
console.log(foo instanceof Foo) // true 
console.log(foo instanceof Aoo) // true
复制代码

f instanceof Foo 的判断逻辑是:

  • f 的 __proto__一层一层往上,是否对应到 Foo.prototype
  • 再往上,看是否对应着Aoo.prototype
  • 再试着判断 f instanceof Object

instanceof 可以用于判断多层继承关系。

下面看一组复杂例子

console.log(Object instanceof Object) //true 
console.log(Function instanceof Function) //true 
console.log(Number instanceof Number) //false 
console.log(String instanceof String) //false 
console.log(Array instanceof Array) // false
 
console.log(Function instanceof Object) //true 
 
console.log(Foo instanceof Function) //true 
console.log(Foo instanceof Foo) //false
复制代码

在这组数据中,Object、Function instanceof 自己均为 true, 其他的 instanceof 自己都为 false,这就要从 instanceof 的内部实现机制以及 JS 原型继承机制讲起。

二、instanceof 的内部实现机制

instanceof 的内部实现机制是:通过判断对象的原型链上是否能找到对象的 prototype,来确定 instanceof 返回值

1. 内部实现

// instanceof 的内部实现 
function instance_of(L, R) {//L 表左表达式,R 表示右表达式,即L为变量,R为类型
// 取 R 的显示原型
var prototype = R.prototype
// 取 L 的隐式原型
L = L.__proto__
// 判断对象(L)的类型是否严格等于类型(R)的显式原型
while (true) { 
 if (L === null) {
   return false
 }
   
 // 这里重点:当 prototype 严格等于 L 时,返回 true
 if (prototype === L) {
   return true
 } 
 
 L = L.__proto__
} 
}
复制代码

instanceof 运算符用来检测 constructor.prototype 是否存在于参数 object 的原型链上。

2. 你真的了解 instanceof 了吗

看下面一个例子,instanceof 为什么会返回 true?很显然,an 并不是通过 Bottle() 创建的。

function An() {}
function Bottle() {}
An.prototype = Bottle.prototype = {};

let an = new An();
console.log(an instanceof Bottle); // true
复制代码

这是因为 instanceof 关心的并不是构造函数,而是原型链。

an.__proto__ === An.prototype; // true
An.prototype === Bottle.prototype; // true
// 即
an.__proto__ === Bottle.prototype; // true
复制代码

即有 an.__proto__ === Bottle.prototype 成立,所以 an instanceof Bottle 返回了 true

所以,按照 instanceof 的逻辑,真正决定类型的是 prototype,而不是构造函数。

三、 JS 原型链继承关系

原型链

图片来自于 JS原型链

由其本文涉及显示原型 prototype 和隐式原型 __proto__ ,所以下面对这两个概念作一下简单说明。

在 JavaScript 原型继承结构里面,规范中用 [Prototype]] 表示对象隐式的原型,在 JavaScript 中用 __proto__ 表示,并且在 Firefox 和 Chrome 浏览器中是可以访问得到这个属性的,但是 IE 下不行。所有 JavaScript 对象都有 __proto__ 属性,但只有 Object.prototype.__proto__ 为 null,前提是没有在 Firefox 或者 Chrome 下修改过这个属性。这个属性指向它的原型对象。 至于显示的原型,在 JavaScript 里用 prototype 属性表示,这个是 JavaScript 原型继承的基础知识,如果想进一步了解,请参考 JS 基础之: 深入 constructor、prototype、__proto__、[[Prototype]] 及 原型链

下面介绍几个例子(及其推演过程),加深你的理解:

1. Object instanceof Object

// 为了方便表述,首先区分左侧表达式和右侧表达式
ObjectL = Object, ObjectR = Object; 
// 下面根据规范逐步推演
O = ObjectR.prototype = Object.prototype 
L = ObjectL.__proto__ = Function.prototype 
// 第一次判断
O != L 
// 循环查找 L 是否还有 __proto__ 
L = Function.prototype.__proto__ = Object.prototype 
// 第二次判断
O === L 
// 返回 true
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2. Function instanceof Function

// 为了方便表述,首先区分左侧表达式和右侧表达式
FunctionL = Function, FunctionR = Function; 
// 下面根据规范逐步推演
O = FunctionR.prototype = Function.prototype 
L = FunctionL.__proto__ = Function.prototype 
// 第一次判断
O === L 
// 返回 true
复制代码

3. Foo instanceof Foo

// 为了方便表述,首先区分左侧表达式和右侧表达式
FooL = Foo, FooR = Foo; 
// 下面根据规范逐步推演
O = FooR.prototype = Foo.prototype 
L = FooL.__proto__ = Function.prototype 
// 第一次判断
O != L 
// 循环再次查找 L 是否还有 __proto__ 
L = Function.prototype.__proto__ = Object.prototype 
// 第二次判断
O != L 
// 再次循环查找 L 是否还有 __proto__ 
L = Object.prototype.__proto__ = null 
// 第三次判断
L == null 
// 返回 false
复制代码

四、 instanceof 与 Symbol.hasInstance

Symbol.hasInstance 用于判断某对象是否为某构造器的实例。因此你可以用它自定义 instanceof 操作符在某个类上的行为。

你可实现一个自定义的instanceof 行为,例如:

class MyArray {  
  static [Symbol.hasInstance](instance) {
    return Array.isArray(instance);
  }
}
console.log([] instanceof MyArray); // true
复制代码

五、 instanceof 与 isPrototypeOf

isPrototypeOf 也是用来判断一个对象是否存在与另一个对象的原型链上。

// 判断 f 是否是 Foo 类的实例 , 
// 并且是否是其父类型的实例
function Aoo(){} 
function Foo(){} 
// JavaScript 原型继承
Foo.prototype = new Aoo();
 
var foo = new Foo(); 
console.log(Foo.prototype.isPrototypeOf(foo)) //true 
console.log(Aoo.prototype.isPrototypeOf(foo)) //true
复制代码

需要注意的是:

  • instanceoffoo 的原型链是针对 Foo.prototype 进行检查的
  • isPrototypeOffoo 的原型链是针对 Foo 本身

六、 instanceof 和多全局对象(多个 frame 或多个 window 之间的交互)

instanceof 在多个全局作用域下,判断会有问题,例如:

// parent.html
<iframe src="child.html" onload="test()">
</iframe>
<script>
  function test(){
    var value = window.frames[0].v;
    console.log(value instanceof Array); // false
  }
</script>
复制代码
// child.html
<script>
  window.name = 'child';
  var v = [];
</script>
复制代码

严格上来说 value 就是数组,但 parent 页面中打印输出: false ;

这是因为 Array.prototype !== window.frames[0].Array.prototype ,并且数组从前者继承。

出现问题主要是在浏览器中,当我们的脚本开始开始处理多个 frame 或 windows 或在多个窗口之间进行交互。多个窗口意味着多个全局环境,不同的全局环境拥有不同的全局对象,从而拥有不同的内置类型构造函数。

解决方法

可以通过使用

  • Array.isArray(myObj) 或者

  • Object.prototype.toString.call(myObj) === "[object Array]"

来安全的检测传过来的对象是否是一个数组

七、扩展:Object.prototype.toString 方法

默认情况下(不覆盖 toString 方法前提下),任何一个对象调用 Object 原生的 toString 方法都会返回 "[object type]",其中 type 是对象的类型;

let obj = {};

console.log(obj); // {}
console.log(obj.toString()); // "[object Object]"
复制代码

1. [[Class]]

每个实例都有一个 [[Class]] 属性,这个属性中就指定了上述字符串中的 type (构造函数名)。 [[Class]] 不能直接地被访问,但通常可以间接地通过在这个值上借用默认的 Object.prototype.toString.call(..) 方法调用来展示。

Object.prototype.toString.call("abc"); // "[object String]"
Object.prototype.toString.call(100); // "[object Number]"
Object.prototype.toString.call(true); // "[object Boolean]"
Object.prototype.toString.call(null); // "[object Null]"
Object.prototype.toString.call(undefined); // "[object Undefined]"
Object.prototype.toString.call([1,2,3]); // "[object Array]"
Object.prototype.toString.call(/\w/); // "[object RegExp]"
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2. 使用 Object.prototype.toString.call(..) 检测对象类型

可以通过 Object.prototype.toString.call(..) 来获取每个对象的类型。

function isFunction(value) {
  return Object.prototype.toString.call(value) === "[object Function]"
}
function isDate(value) {
  return Object.prototype.toString.call(value) === "[object Date]"
}
function isRegExp(value) {
  return Object.prototype.toString.call(value) === "[object RegExp]"
}

isDate(new Date()); // true
isRegExp(/\w/); // true
isFunction(function(){}); //true
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或者可写为:

function generator(type){
  return function(value){
    return Object.prototype.toString.call(value) === "[object "+ type +"]"
  }
}

let isFunction = generator('Function')
let isArray = generator('Array');
let isDate = generator('Date');
let isRegExp = generator('RegExp');

isArray([]));    // true
isDate(new Date()); // true
isRegExp(/\w/); // true
isFunction(function(){}); //true
复制代码

3. Symbol.toStringTag

Object.prototype.toString 方法可以使用 Symbol.toStringTag 这个特殊的对象属性进行自定义输出。

举例说明:

let bottle = {
  [Symbol.toStringTag]: "Bottle"
};

console.log(Object.prototype.toString.call(bottle)); // [object Bottle]
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大部分和环境相关的对象也有这个属性。以下输出可能因浏览器不同而异:

// 环境相关对象和类的 toStringTag:
console.log(window[Symbol.toStringTag]); // Window
console.log(XMLHttpRequest.prototype[Symbol.toStringTag]); // XMLHttpRequest

console.log(Object.prototype.toString.call(window)); // [object Window]
console.log(Object.prototype.toString.call(new XMLHttpRequest())); // [object XMLHttpRequest]
复制代码

输出结果和 Symbol.toStringTag(前提是这个属性存在)一样,只不过被包裹进了 [object ...] 里。

所以,如果希望以字符串的形式获取内置对象类型信息,而不仅仅只是检测类型的话,可以用这个方法来替代 instanceof

八、总结

适用于 返回
typeof 基本数据类型 string
instanceof 任意对象 true/false
Object.prototype.toString 基本数据类型、内置对象以及包含 Symbol.toStringTag 属性的对象 string

Object.prototype.toString 基本上就是一增强版 typeof

instanceof 在涉及多层类结构的场合中比较实用,这种情况下需要将类的继承关系考虑在内。

九、参考

JavaScript instanceof 运算符深入剖析

类型检测:"instanceof"

十、系列文章

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