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[Java教程]深入理解javascript作用域系列第五篇——一张图理解执行环境和作用域


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目录
[1]图示 [2]概念 [3]说明[4]总结

前面的话

  对于执行环境(execution context)和作用域(scope)并不容易区分,甚至很多人认为它们就是一回事,只是高程和犀牛书关于作用域的两种不同翻译而已。但实际上,它们并不相同,却相互纠缠在一起。本文先用一张图开宗明义,然后进行术语的简单解释,最后根据图示内容进行详细说明

 

图示

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概念

【作用域】

  作用域是一套规则,用于确定在何处以及如何查找标识符。关于LHS查询和RHS查询详见作用域系列第一篇内部原理。

  作用域分为词法作用域和动态作用域。javascript使用词法作用域,简单地说,词法作用域就是定义在词法阶段的作用域,是由写代码时将变量和函数写在哪里来决定的。于是词法作用域也可以描述为程序源代码中定义变量和函数的区域

  作用域分为全局作用域和函数作用域,函数作用域可以互相嵌套

  在下面的例子中,存在着全局作用域,fn作用域和bar作用域,它们相互嵌套


【作用域链和自由变量】

  各个作用域的嵌套关系组成了一条作用域链。例子中bar函数保存的作用域链是bar -> fn -> 全局,fn函数保存的作用域链是fn -> 全局

  使用作用域链主要是进行标识符的查询,标识符解析就是沿着作用域链一级一级地搜索标识符的过程,而作用域链就是要保证对变量和函数的有序访问

  【1】如果自身作用域中声明了该变量,则无需使用作用域链

  在下面的例子中,如果要在bar函数中查询变量a,则直接使用LHS查询,赋值为100即可

var a = 1;var b = 2;function fn(x){  var a = 10;  function bar(x){    var a = 100;    b = x + a;    return b;  }  bar(20);  bar(200);}fn(0);

  【2】如果自身作用域中未声明该变量,则需要使用作用域链进行查找

  这时,就引出了另一个概念——自由变量。在当前作用域中存在但未在当前作用域中声明的变量叫自由变量

  在下面的例子中,如果要在bar函数中查询变量b,由于b并没有在当前作用域中声明,所以b是自由变量。bar函数的作用域链是bar -> fn -> 全局。到上一级fn作用域中查找b没有找到,继续到再上一级全局作用域中查找b,找到了b

var a = 1;var b = 2;function fn(x){  var a = 10;  function bar(x){    var a = 100;    b = x + a;    return b;  }  bar(20);  bar(200);}fn(0);

  [注意]如果标识符没有找到,则需要分为RHS和LHS查询进行分析,若进行的是LHS查询,则在全局环境中声明该变量,若是严格模式下的LHS查询,则抛出ReferenceError(引用错误)异常;若进行的是RHS查询,则抛出ReferenceError(引用错误)异常。详细情况移步至此

【执行环境】

  执行环境(execution context),有时也称为执行上下文、执行上下文环境或环境,定义了变量或函数有权访问的其他数据。每个执行环境都有一个与之关联的变量对象(variable object),环境中定义的所有变量和函数都保存在这个对象中


  这是例子中的代码执行到第15行时fn(0)函数的执行环境,执行环境里面保存了fn()函数作用域内所有的变量和函数的值


【执行流】
  代码的执行顺序叫做执行流,程序源代码并不是按照代码的书写顺序一行一行往下执行,而是和函数的调用顺序有关
  例子中的执行流是第1行 -> 第2行 -> 第4行 -> 第15行 -> 第5行 -> 第7行 -> 第12行 -> 第8行 -> 第9行 -> 第10行 -> 第11行 -> 第13行 -> 第8行 -> 第9行 -> 第10行 -> 第11行 -> 第14行

  [注意]在程序代码执行之前存在着编译和声明提升(hoisting)的过程,本例中假设代码是已经经过声明提升过程之后的代码
 

【执行环境栈】

  执行环境栈类似于作用域链,有序地保存着当前程序中存在的执行环境。当执行流进入一个函数时,函数的环境就会被推入一个环境栈中。而在函数执行之后,栈将其环境弹出,把控制权返回给之前的执行环境。javascript程序中的执行流正是由这个方便的机制控制着

  在例子中,当执行流进入bar(20)函数时,当前程序的执行环境栈如下图所示,其中黄色的bar(20)执行环境表示当前程序正处此执行环境中


  当bar(20)函数执行完成后,当前程序的执行环境栈如下图所示,bar(20)函数的执行环境被销毁,等待垃圾回收,控制权交还给黄色背景的fn(0)执行环境



 

说明

  下面按照代码执行流的顺序对该图示进行详细说明


  【1】代码执行流进入全局执行环境,并对全局执行环境中的代码进入声明提升(hoisting)


  【2】执行流执行第1行代码var a = 1;,对a进行LHS查询,给a赋值1;执行流执行第2行代码var b = 2;,对b进行LHS查询,给b赋值2

  【3】执行流执行第15行代码fn(0);,调用fn(0)函数,此时执行流进入fn(0)函数执行环境中,对该执行环境中的代码进行声明提升过程,并将实参0赋值给形参x中。此时执行环境栈中存在两个执行环境,fn(0)函数为当前执行流所在执行环境

  【4】执行流执行第5行代码var a = 10;,对a进行LHS查询,给a赋值10

  【5】执行流执行第12行代码bar(20);,调用bar(20)函数,此时执行流进入bar(20)函数执行环境中,对该执行环境中的代码进行声明提升过程,并将实参20赋值给形参x中。此时执行环境栈中存在三个执行环境,bar(20)函数为当前执行流所在执行环境
  在声明提升的过程中,由于b是个自由变量,需要通过bar()函数的作用域链bar() -> fn() -> 全局作用域进行查找,最终在全局作用域中也就是代码第2行找到var b = 2;,然后在全局执行环境中找到b的值是2,所以给b赋值2

  【6】执行流执行第8行代码var a = 100;,给a赋值100;执行流执行第9行b = x + a;,对x进行RHS查询,找到x的值是20,对a进行RHS查询,找到a的值是100,所以通过计算b的值是120,给b赋值120;执行第10行代码return b;,对b进行RHS查询,找到b的值是120,所以函数返回值为120

  【7】执行流执行完第10行代码后,bar(20)的执行环境被弹出执行环境栈,并被销毁,等待垃圾回收,控制权交还给fn(0)函数的执行环境

  【8】执行流执行第13行代码bar(200);,调用bar(200)函数,此时执行流进入bar(200)函数执行环境中,对该执行环境中的代码进行声明提升过程,并将实参200赋值给形参x中。此时执行环境栈中存在三个执行环境,bar(200)函数为当前执行流所在执行环境
  与第5步相同,在声明提升的过程中,由于b是个自由变量,需要通过bar()函数的作用域链bar() -> fn() -> 全局作用域进行查找,最终在全局作用域中也就是代码第2行找到var b = 2;,然后在全局执行环境中找到b的值是2,所以给b赋值2

  【9】与第6步相同,执行流执行第8行代码var a = 100;,给a赋值100;执行流执行第9行b = x + a;,对x进行RHS查询,找到x的值是20,对a进行RHS查询,找到a的值是100,所以通过计算b的值是120,给b赋值120;执行第10行代码return b;,对b进行RHS查询,找到b的值是120,所以函数返回值为120

  【10】执行流执行完第10行代码后,bar(200)的执行环境被弹出执行环境栈,并被销毁,等待垃圾回收,控制权交还给fn(0)函数的执行环境

  【11】执行流执行第14行代码},fn(0)的执行环境被弹出执行环境栈,并被销毁,等待垃圾回收,控制权交还给全局执行环境

  【12】当页面关闭时,全局执行环境被销毁,页面再无执行环境

 

总结

  【1】javascript使用的是词法作用域。对于函数来说,词法作用域是在函数定义时就已经确定了,与函数是否被调用无关。通过作用域,可以知道作用域范围内的变量和函数有哪些,却不知道变量的值是什么。所以作用域是静态的

  [注意]通过eval()语句、with语句和try-catch语句可以对作用域链进行动态修改,该知识点在下一篇详细介绍

  【2】对于函数来说,执行环境是在函数调用时确定的,执行环境包含作用域内所有变量和函数的值。在同一作用域下,不同的调用(如传递不同的参数)会产生不同的执行环境,从而产生不同的变量的值。所以执行环境是动态的