プロトタイプチェーンの解決アルゴリズムと内部スロット

なぜ「チェーン」を仕様から理解するのか

JavaScriptの継承はクラスではなくオブジェクトからオブジェクトへの委譲で成り立っています。obj.toString が定義した覚えのない場所で動くのも、class extends が実は糖衣構文なのも、すべてプロトタイプチェーンの探索アルゴリズムひとつで説明できます。ここを「なんとなく上にたどる」で済ませると、__proto__ と prototype の混同、代入時に親が書き換わると思い込むシャドーイングの誤解、Object.create(null) の挙動などでつまずきます。本稿はECMAScript仕様の内部メソッド（[[Get]] など）と内部スロット [[Prototype]] を基準に、探索が何をどの順で見るのかを原理から説明します。前提として JavaScript の値とオブジェクトの区別、エンジン実装の視点は JavaScriptエンジンの内部 を押さえると理解が速いです。

内部スロット [[Prototype]] とは何か

仕様上、すべての通常オブジェクトは [[Prototype]] という内部スロットを1つ持ちます。内部スロットは言語から直接見えない、エンジンが各オブジェクトに紐づける状態で、[[Prototype]] の値は「別のオブジェクト」または null のどちらかです。これがチェーンの**リンク（1本のポインタ）**そのものです。

重要なのは、[[Prototype]] はプロパティではないこと。obj のプロパティ一覧（Object.keys で見えるもの）とは別の、隠れた1本のリンクです。このリンクを言語から読み書きする公式の口が、後述する Object.getPrototypeOf / Object.setPrototypeOf と、レガシーなアクセサ __proto__ です。

[[Get]]：プロパティ取得の解決アルゴリズム

obj.key（=obj["key"]）の評価は、仕様の内部メソッド [[Get]](key, receiver) に対応します。通常オブジェクトの [[Get]] を擬似コードで表すと、本質は次の反復です。

OrdinaryGet(O, key, receiver):
  desc = O.[[GetOwnProperty]](key)      # 自身の所有プロパティを調べる
  if desc is undefined:                  # 自身に無い
    parent = O.[[GetPrototypeOf]]()      # [[Prototype]] を1段上がる
    if parent is null: return undefined  # 終端。見つからなかった
    return parent.[[Get]](key, receiver) # 親に委譲して再帰
  if desc is データプロパティ: return desc.[[Value]]
  if desc is アクセサプロパティ:         # getter を持つ
    getter = desc.[[Get]]
    if getter is undefined: return undefined
    return getter を receiver を this として呼ぶ

ポイントは3つです。第一に、探索は自身→親→親の親と上方向のみへ進み、null に達したら undefined を返して終わります（例外は投げません）。第二に、最初に見つかった所有プロパティで打ち切ること。下位（自身に近い側）の定義が上位を覆い隠します。第三に、見つかったのがアクセサ（getter）なら、その getter は receiver（元の obj）を this として呼ばれます。だからプロトタイプ上のメソッド内の this は、呼び出した側のインスタンスを指します——これが委譲の要です。

prototype と proto と [[Prototype]] の区別

混同の元凶はここです。名前が似た3者はまったく別の役割を持ちます。

決定的な違いは、prototype は関数だけが持つ普通のプロパティで、[[Prototype]] はすべてのオブジェクトが持つ内部スロットだということです。new F() を実行すると、新しいオブジェクトの [[Prototype]] に F.prototype が代入されます（F 自身ではなく F.prototype）。つまり次が成り立ちます。

function F() {}
const o = new F();
Object.getPrototypeOf(o) === F.prototype;   // true
o.__proto__ === F.prototype;                // true（同じものを別経路で見ているだけ）
F.prototype.__proto__ === Object.prototype;  // true（関数の prototype の親）
Object.getPrototypeOf(Object.prototype);     // null（チェーンの終端）

__proto__ は Object.prototype 上のアクセサプロパティとして定義されているため、Object.create(null) で作ったオブジェクトには __proto__ のアクセサが効きません（チェーン上に Object.prototype が無いから）。仕様でも __proto__ は付録B（Webブラウザ互換）の機能で、コードでは Object.getPrototypeOf / Object.setPrototypeOf を使うのが正道です。

Object.create と継承の内部動作

Object.create(proto) は「[[Prototype]] が proto である空オブジェクトを作る」だけのプリミティブです。new のような関数呼び出しもコンストラクタも介在しません。これが委譲継承の最小単位です。

const animal = { speak() { return `${this.name} makes a sound`; } };
const dog = Object.create(animal);   // dog.[[Prototype]] === animal
dog.name = "Rex";                    // 所有プロパティとして name を持つ
dog.speak();                         // "Rex makes a sound"
//  探索: dog に speak 無し → animal で発見 → this は dog（receiver）

class 構文も内部はこの仕組みです。class Dog extends Animal をおおまかに展開すると、(1) Dog.prototype.[[Prototype]] を Animal.prototype に、(2) Dog.[[Prototype]]（コンストラクタ自身）を Animal に設定します。つまりインスタンス側のチェーンとコンストラクタ側のチェーンの2本が同時に張られます。前者がメソッド解決、後者が static メンバの継承を担います。

代入は非対称：シャドーイングの原理

取得 [[Get]] がチェーンを遡るのに対し、代入 obj.key = v（内部メソッド [[Set]]）は親を書き換えません。[[Set]] のおおまかな手続きは次のとおりです。

1. obj 自身に key の所有プロパティがあり、それがデータプロパティなら、その値を更新する。
2. 自身に無ければチェーンを上にたどり、アクセサ（setter）が見つかればその setter を呼ぶ（this は obj）。
3. setter が無く、上位に書き込み可能なデータプロパティしか無い、または何も無ければ、obj 自身に新しいデータプロパティを作成する（シャドーイング）。

つまり、親プロトタイプにあるデータプロパティと同名の代入をしても、親は不変で、子オブジェクトに覆い隠す（shadow）所有プロパティが新設されるだけです。これがプリミティブを共有しつつ書き換えは局所化される仕組みの核心です。

const proto = { count: 0 };
const a = Object.create(proto);
a.count++;            // 読み: proto.count(0) → 書き: a 自身に count=1 を新設
proto.count;          // 0 のまま。proto は書き換わらない
a.count;              // 1（a の所有プロパティが proto を覆い隠す）

メソッド探索のコストと in / hasOwnProperty

obj.method() のたびに、エンジンは原理的にはチェーンを線形に探索します。チェーンが深いほど、また見つからないプロパティ（undefined 確定までに終端 null まで全段走査する）ほどコストが上がります。実際のV8はこの探索結果をインラインキャッシュに記録し、同じ形なら次回は固定オフセットの読み出しに短絡しますが、形が多様だと汎用探索へ劣化します。

判定演算子の違いも探索の射程で説明できます。

for...in が継承プロパティまで列挙するのは、ループが各キーで [[Get]] 相当のチェーン探索を行うからです。自身の分だけ欲しければ Object.keys か Object.hasOwn でふるいます。なお DOM ノードのように深いチェーンを持つオブジェクトもありますが、構造の把握は DOM を参照してください。

まとめ