重学前端

你好，我是winter。

在上一课，我们了解了JavaScript执行中最粗粒度的任务：传给引擎执行的代码段。并且，我们还根据“由JavaScript引擎发起”还是“由宿主发起”，分成了宏观任务和微观任务，接下来我们继续去看一看更细的执行粒度。

一段JavaScript代码可能会包含函数调用的相关内容，从今天开始，我们就用两节课的时间来了解一下函数的执行。

我们今天要讲的知识在网上有不同的名字，比较常见的可能有：

  • 闭包；
  • 作用域链；
  • 执行上下文；
  • this值。

实际上，尽管它们是表示不同的意思的术语，所指向的几乎是同一部分知识，那就是函数执行过程相关的知识。我们可以简单看一下图。

看着也许会有点晕，别着急，我会和你共同理一下它们之间的关系。

当然，除了让你理解函数执行过程的知识，理清这些概念也非常重要。所以我们先来讲讲这个有点复杂的概念：闭包。

# 闭包

闭包翻译自英文单词closure，这是个不太好翻译的词，在计算机领域，它就有三个完全不相同的意义：编译原理中，它是处理语法产生式的一个步骤；计算几何中，它表示包裹平面点集的凸多边形（翻译作凸包）；而在编程语言领域，它表示一种函数。

闭包这个概念第一次出现在1964年的《The Computer Journal》上，由P. J. Landin在《The mechanical evaluation of expressions》一文中提出了applicative expression和closure的概念。

在上世纪60年代，主流的编程语言是基于lambda演算的函数式编程语言，所以这个最初的闭包定义，使用了大量的函数式术语。一个不太精确的描述是“带有一系列信息的λ表达式”。对函数式语言而言，λ表达式其实就是函数。

我们可以这样简单理解一下，闭包其实只是一个绑定了执行环境的函数，这个函数并不是印在书本里的一条简单的表达式，闭包与普通函数的区别是，它携带了执行的环境，就像人在外星中需要自带吸氧的装备一样，这个函数也带有在程序中生存的环境。

这个古典的闭包定义中，闭包包含两个部分。

  • 环境部分
    • 环境
    • 标识符列表
  • 表达式部分

当我们把视角放在JavaScript的标准中，我们发现，标准中并没有出现过closure这个术语，但是，我们却不难根据古典定义，在JavaScript中找到对应的闭包组成部分。

  • 环境部分
    • 环境：函数的词法环境（执行上下文的一部分）
    • 标识符列表：函数中用到的未声明的变量
  • 表达式部分：函数体

至此，我们可以认为，JavaScript中的函数完全符合闭包的定义。它的环境部分是函数词法环境部分组成，它的标识符列表是函数中用到的未声明变量，它的表达式部分就是函数体。

这里我们容易产生一个常见的概念误区，有些人会把JavaScript执行上下文，或者作用域（Scope，ES3中规定的执行上下文的一部分）这个概念当作闭包。

实际上JavaScript中跟闭包对应的概念就是“函数”，可能是这个概念太过于普通，跟闭包看起来又没什么联系，所以大家才不自觉地把这个概念对应到了看起来更特别的“作用域”吧（其实我早年也是这么理解闭包，直到后来被朋友纠正，查了资料才改正过来）。

# 执行上下文：执行的基础设施

相比普通函数，JavaScript函数的主要复杂性来自于它携带的“环境部分”。当然，发展到今天的JavaScript，它所定义的环境部分，已经比当初经典的定义复杂了很多。

JavaScript中与闭包“环境部分”相对应的术语是“词法环境”，但是JavaScript函数比λ函数要复杂得多，我们还要处理this、变量声明、with等等一系列的复杂语法，λ函数中可没有这些东西，所以，在JavaScript的设计中，词法环境只是JavaScript执行上下文的一部分。

JavaScript标准把一段代码（包括函数），执行所需的所有信息定义为：“执行上下文”。

因为这部分术语经历了比较多的版本和社区的演绎，所以定义比较混乱，这里我们先来理一下JavaScript中的概念。

执行上下文在ES3中，包含三个部分。

  • scope：作用域，也常常被叫做作用域链。
  • variable object：变量对象，用于存储变量的对象。
  • this value：this值。

在ES5中，我们改进了命名方式，把执行上下文最初的三个部分改为下面这个样子。

  • lexical environment：词法环境，当获取变量时使用。
  • variable environment：变量环境，当声明变量时使用。
  • this value：this值。

在ES2018中，执行上下文又变成了这个样子，this值被归入lexical environment，但是增加了不少内容。

  • lexical environment：词法环境，当获取变量或者this值时使用。
  • variable environment：变量环境，当声明变量时使用
  • code evaluation state：用于恢复代码执行位置。
  • Function：执行的任务是函数时使用，表示正在被执行的函数。
  • ScriptOrModule：执行的任务是脚本或者模块时使用，表示正在被执行的代码。
  • Realm：使用的基础库和内置对象实例。
  • Generator：仅生成器上下文有这个属性，表示当前生成器。

我们在这里介绍执行上下文的各个版本定义，是考虑到你可能会从各种网上的文章中接触这些概念，如果不把它们理清楚，我们就很难分辨对错。如果是我们自己使用，我建议统一使用最新的ES2018中规定的术语定义。

尽管我们介绍了这些定义，但我并不打算按照JavaScript标准的思路，从实现的角度去介绍函数的执行过程，这是不容易被理解的。

我想试着从代码实例出发，跟你一起推导函数执行过程中需要哪些信息，它们又对应着执行上下文中的哪些部分。

比如，我们看以下的这段JavaScript代码：

var b = {}
let c = 1
this.a = 2;

要想正确执行它，我们需要知道以下信息：

  1. var 把 b 声明到哪里；
  2. b 表示哪个变量；
  3. b 的原型是哪个对象；
  4. let 把 c 声明到哪里；
  5. this 指向哪个对象。

这些信息就需要执行上下文来给出了，这段代码出现在不同的位置，甚至在每次执行中，会关联到不同的执行上下文，所以，同样的代码会产生不一样的行为。

在这两篇文章中，我会基本覆盖执行上下文的组成部分，本篇我们先讲var声明与赋值，let，realm三个特性来分析上下文提供的信息，分析执行上下文中提供的信息。

# var 声明与赋值

我们来分析一段代码：

var b = 1

通常我们认为它声明了b，并且为它赋值为1，var声明作用域函数执行的作用域。也就是说，var会穿透for 、if等语句。

在只有var，没有let的旧JavaScript时代，诞生了一个技巧，叫做：立即执行的函数表达式（IIFE），通过创建一个函数，并且立即执行，来构造一个新的域，从而控制var的范围。

由于语法规定了function关键字开头是函数声明，所以要想让函数变成函数表达式，我们必须得加点东西，最常见的做法是加括号。

(function(){
    var a;
    //code
}());


(function(){
    var a;
    //code
})();

但是，括号有个缺点，那就是如果上一行代码不写分号，括号会被解释为上一行代码最末的函数调用，产生完全不符合预期，并且难以调试的行为，加号等运算符也有类似的问题。所以一些推荐不加分号的代码风格规范，会要求在括号前面加上分号。

;(function(){
    var a;
    //code
}())


;(function(){
    var a;
    //code
})()

我比较推荐的写法是使用void关键字。也就是下面的这种形式。

void function(){
    var a;
    //code
}();

这有效避免了语法问题，同时，语义上void运算表示忽略后面表达式的值，变成undefined，我们确实不关心IIFE的返回值，所以语义也更为合理。

值得特别注意的是，有时候var的特性会导致声明的变量和被赋值的变量是两个b，JavaScript中有特例，那就是使用with的时候：

var b;
void function(){
    var env = {b:1};
    b = 2;
    console.log("In function b:", b);
    with(env) {
        var b = 3;
        console.log("In with b:", b);
    }
}();
console.log("Global b:", b);

在这个例子中，我们利用立即执行的函数表达式（IIFE）构造了一个函数的执行环境，并且在里面使用了我们一开头的代码。

可以看到，在Global function with三个环境中，b的值都不一样，而在function环境中，并没有出现var b，这说明with内的var b作用到了function这个环境当中。

var b = {} 这样一句对两个域产生了作用，从语言的角度是个非常糟糕的设计，这也是一些人坚定地反对在任何场景下使用with的原因之一。

# let

let是 ES6开始引入的新的变量声明模式，比起var的诸多弊病，let做了非常明确的梳理和规定。

为了实现let，JavaScript在运行时引入了块级作用域。也就是说，在let出现之前，JavaScript的 if for 等语句皆不产生作用域。

我简单统计了下，以下语句会产生let使用的作用域：

  • for；
  • if；
  • switch；
  • try/catch/finally。

# Realm

在最新的标准（9.0）中，JavaScript引入了一个新概念Realm，它的中文意思是“国度”“领域”“范围”。这个英文的用法就有点比喻的意思，几个翻译都不太适合JavaScript语境，所以这里就不翻译啦。

我们继续来看这段代码：

var b = {}

在 ES2016 之前的版本中，标准中甚少提及{}的原型问题。但在实际的前端开发中，通过iframe等方式创建多window环境并非罕见的操作，所以，这才促成了新概念Realm的引入。

Realm中包含一组完整的内置对象，而且是复制关系。

对不同Realm中的对象操作，会有一些需要格外注意的问题，比如 instanceOf 几乎是失效的。

以下代码展示了在浏览器环境中获取来自两个Realm的对象，它们跟本土的Object做instanceOf时会产生差异：

var iframe = document.createElement('iframe')
document.documentElement.appendChild(iframe)
iframe.src="javascript:var b = {};"

var b1 = iframe.contentWindow.b;
var b2 = {};

console.log(typeof b1, typeof b2); //object object

console.log(b1 instanceof Object, b2 instanceof Object); //false true

可以看到，由于b1、 b2由同样的代码“ {} ”在不同的Realm中执行，所以表现出了不同的行为。

# 结语

在今天的课程中，我帮你梳理了一些概念：有编程语言的概念闭包，也有各个版本中的JavaScript标准中的概念：执行上下文、作用域、this值等等。

之后我们又从代码的角度，分析了一些执行上下文中所需要的信息，并从var、let、对象字面量等语法中，推导出了词法作用域、变量作用域、Realm的设计。

最后留给你一个问题：你喜欢使用let还是var？听过今天的课程，你的想法是否有改变呢？为什么？

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