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深入理解JavaScript作用域和作用域鏈

1.什麼是作用域

作用域是在執行時程式碼中的某些特定部分中變數,函式和物件的可訪問性。換句話說,作用域決定了程式碼區塊中變數和其他資源的可見性。可能這兩句話並不好理解,我們先來看個例子:

function outFun2() {
    var inVariable = "內層變數2";
}
outFun2();//要先執行這個函式,否則根本不知道里面是啥
console.log(inVariable); // Uncaught ReferenceError: inVariable is not defined

從上面的例子可以體會到作用域的概念,變數inVariable在全域性作用域沒有宣告,所以在全域性作用域下取值會報錯。我們可以這樣理解:作用域就是一個獨立的地盤,讓變數不會外洩、暴露出去。也就是說作用域最大的用處就是隔離變數,不同作用域下同名變數不會有衝突。

ES6 之前 JavaScript 沒有塊級作用域,只有全域性作用域和函式作用域。ES6的到來,為我們提供了‘塊級作用域’,可通過新增命令let和const來體現。

2.全域性作用域和函式作用域

在程式碼中任何地方都能訪問到的物件擁有全域性作用域,一般來說以下幾種情形擁有全域性作用域:

  • 最外層函式 和在最外層函式外面定義的變數擁有全域性作用域
var outVariable = "我是最外層變數"; //最外層變數
function outFun() { //最外層函式
    var inVariable = "內層變數";
    function innerFun() { //內層函式
        console.log(inVariable);
    }
    innerFun();
}
console.log(outVariable); //我是最外層變數
outFun(); //內層變數
console.log(inVariable); //inVariable is not defined
innerFun(); //innerFun is not defined
  • 所有末定義直接賦值的變數自動宣告為擁有全域性作用域
function outFun2() {
    variable = "未定義直接賦值的變數";
    var inVariable2 = "內層變數2";
}
outFun2();//要先執行這個函式,否則根本不知道里面是啥
console.log(variable); //未定義直接賦值的變數
console.log(inVariable2); //inVariable2 is not defined
  • 所有window物件的屬性擁有全域性作用域

一般情況下,window物件的內建屬性都擁有全域性作用域,例如window.name、window.location、window.top等等。

全域性作用域有個弊端:如果我們寫了很多行 JS 程式碼,變數定義都沒有用函式包括,那麼它們就全部都在全域性作用域中。這樣就會 汙染全域性名稱空間, 容易引起命名衝突。

// 張三寫的程式碼中
var data = {a: 100}

// 李四寫的程式碼中
var data = {x: true}

這就是為何 jQuery、Zepto 等庫的原始碼,所有的程式碼都會放在(function(){....})()中。因為放在裡面的所有變數,都不會被外洩和暴露,不會汙染到外面,不會對其他的庫或者 JS 指令碼造成影響。這是函式作用域的一個體現。

函式作用域,是指宣告在函式內部的變數,和全域性作用域相反,區域性作用域一般只在固定的程式碼片段內可訪問到,最常見的例如函式內部。

function doSomething(){
    var blogName="浪裡行舟";
    function innerSay(){
        alert(blogName);
    }
    innerSay();
}
alert(blogName); //指令碼錯誤
innerSay(); //指令碼錯誤

作用域是分層的,內層作用域可以訪問外層作用域的變數,反之則不行。我們看個例子,用泡泡來比喻作用域可能好理解一點:

最後輸出的結果為 2, 4, 12

  • 泡泡1是全域性作用域,有識別符號foo;
  • 泡泡2是作用域foo,有識別符號a,bar,b;
  • 泡泡3是作用域bar,僅有識別符號c。

值得注意的是:塊語句(大括號“{}”中間的語句),如 if 和 switch 條件語句或 for 和 while 迴圈語句,不像函式,它們不會建立一個新的作用域。在塊語句中定義的變數將保留在它們已經存在的作用域中。

if (true) {
    // 'if' 條件語句塊不會建立一個新的作用域
    var name = 'Hammad'; // name 依然在全域性作用域中
}
console.log(name); // logs 'Hammad'

JS 的初學者經常需要花點時間才能習慣變數提升,而如果不理解這種特有行為,就可能導致
bug 。正因為如此, ES6 引入了塊級作用域,讓變數的生命週期更加可控。

3.塊級作用域

塊級作用域可通過新增命令let和const宣告,所宣告的變數在指定塊的作用域外無法被訪問。塊級作用域在如下情況被建立:

  1. 在一個函式內部
  2. 在一個程式碼塊(由一對花括號包裹)內部

let 宣告的語法與 var 的語法一致。你基本上可以用 let 來代替 var 進行變數宣告,但會將變數的作用域限制在當前程式碼塊中。塊級作用域有以下幾個特點:

  • 宣告變數不會提升到程式碼塊頂部

let/const 宣告並不會被提升到當前程式碼塊的頂部,因此你需要手動將 let/const 宣告放置到頂部,以便讓變數在整個程式碼塊內部可用。

function getValue(condition) {
if (condition) {
let value = "blue";
return value;
} else {
// value 在此處不可用
return null;
}
// value 在此處不可用
}
  • 禁止重複宣告

如果一個識別符號已經在程式碼塊內部被定義,那麼在此程式碼塊內使用同一個識別符號進行 let 宣告就會導致丟擲錯誤。例如:

var count = 30;
let count = 40; // Uncaught SyntaxError: Identifier 'count' has already been declared

在本例中, count 變數被聲明瞭兩次:一次使用 var ,另一次使用 let 。因為 let 不能在同一作用域內重複宣告一個已有識別符號,此處的 let 宣告就會丟擲錯誤。但如果在巢狀的作用域內使用 let 宣告一個同名的新變數,則不會丟擲錯誤。

var count = 30;
// 不會丟擲錯誤
if (condition) {
let count = 40;
// 其他程式碼
}
  • 迴圈中的繫結塊作用域的妙用

開發者可能最希望實現for迴圈的塊級作用域了,因為可以把宣告的計數器變數限制在迴圈內,例如:

for (let i = 0; i < 10; i++) {
  // ...
}
console.log(i);
// ReferenceError: i is not defined

上面程式碼中,計數器i只在for迴圈體內有效,在迴圈體外引用就會報錯。

var a = [];
for (var i = 0; i < 10; i++) {
  a[i] = function () {
    console.log(i);
  };
}
a[6](); // 10

上面程式碼中,變數i是var命令宣告的,在全域性範圍內都有效,所以全域性只有一個變數i。每一次迴圈,變數i的值都會發生改變,而迴圈內被賦給陣列a的函式內部的console.log(i),裡面的i指向的就是全域性的i。也就是說,所有陣列a的成員裡面的i,指向的都是同一個i,導致執行時輸出的是最後一輪的i的值,也就是 10。

如果使用let,宣告的變數僅在塊級作用域內有效,最後輸出的是 6。

var a = [];
for (let i = 0; i < 10; i++) {
  a[i] = function () {
    console.log(i);
  };
}
a[6](); // 6

上面程式碼中,變數i是let宣告的,當前的i只在本輪迴圈有效,所以每一次迴圈的i其實都是一個新的變數,所以最後輸出的是6。你可能會問,如果每一輪迴圈的變數i都是重新宣告的,那它怎麼知道上一輪迴圈的值,從而計算出本輪迴圈的值?這是因為 JavaScript 引擎內部會記住上一輪迴圈的值,初始化本輪的變數i時,就在上一輪迴圈的基礎上進行計算。

另外,for迴圈還有一個特別之處,就是設定迴圈變數的那部分是一個父作用域,而迴圈體內部是一個單獨的子作用域。

for (let i = 0; i < 3; i++) {
  let i = 'abc';
  console.log(i);
}
// abc
// abc
// abc

上面程式碼正確執行,輸出了 3 次abc。這表明函式內部的變數i與迴圈變數i不在同一個作用域,有各自單獨的作用域。

作用域鏈

1.什麼是自由變數

首先認識一下什麼叫做自由變數。如下程式碼中,console.log(a)要得到a變數,但是在當前的作用域中沒有定義a(可對比一下b)。當前作用域沒有定義的變數,這成為 自由變數 。自由變數的值如何得到 —— 向父級作用域尋找(注意:這種說法並不嚴謹,下文會重點解釋)。

var a = 100
function fn() {
    var b = 200
    console.log(a) // 這裡的a在這裡就是一個自由變數
    console.log(b)
}
fn()

2.什麼是作用域鏈

如果父級也沒呢?再一層一層向上尋找,直到找到全域性作用域還是沒找到,就宣佈放棄。這種一層一層的關係,就是 作用域鏈 。

var a = 100
function F1() {
    var b = 200
    function F2() {
        var c = 300
        console.log(a) // 自由變數,順作用域鏈向父作用域找
        console.log(b) // 自由變數,順作用域鏈向父作用域找
        console.log(c) // 本作用域的變數
    }
    F2()
}
F1()

3.關於自由變數的取值

關於自由變數的值,上文提到要到父作用域中取,其實有時候這種解釋會產生歧義。

var x = 10
function fn() {
  console.log(x)
}
function show(f) {
  var x = 20
  (function() {
    f() //10,而不是20
  })()
}
show(fn)

在fn函式中,取自由變數x的值時,要到哪個作用域中取?——要到建立fn函式的那個作用域中取,無論fn函式將在哪裡呼叫。

所以,不要在用以上說法了。相比而言,用這句話描述會更加貼切:**要到建立這個函式的那個域”。
作用域中取值,這裡強調的是“建立”,而不是“呼叫”**,切記切記——其實這就是所謂的"靜態作用域"

var a = 10
function fn() {
  var b = 20
  function bar() {
    console.log(a + b) //30
  }
  return bar
}
var x = fn(),
  b = 200
x() //bar()

fn()返回的是bar函式,賦值給x。執行x(),即執行bar函式程式碼。取b的值時,直接在fn作用域取出。取a的值時,試圖在fn作用域取,但是取不到,只能轉向建立fn的那個作用域中去查詢,結果找到了,所以最後的結果是30

作用域與執行上下文

許多開發人員經常混淆作用域和執行上下文的概念,誤認為它們是相同的概念,但事實並非如此。

我們知道JavaScript屬於解釋型語言,JavaScript的執行分為:解釋和執行兩個階段,這兩個階段所做的事並不一樣:

解釋階段:

  • 詞法分析
  • 語法分析
  • 作用域規則確定

執行階段:

  • 建立執行上下文
  • 執行函式程式碼
  • 垃圾回收

JavaScript解釋階段便會確定作用域規則,因此作用域在函式定義時就已經確定了,而不是在函式呼叫時確定,但是執行上下文是函式執行之前建立的。執行上下文最明顯的就是this的指向是執行時確定的。而作用域訪問的變數是編寫程式碼的結構確定的。

作用域和執行上下文之間最大的區別是:
執行上下文在執行時確定,隨時可能改變;作用域在定義時就確定,並且不會改變。

一個作用域下可能包含若干個上下文環境。有可能從來沒有過上下文環境(函式從來就沒有被呼叫過);有可能有過,現在函式被呼叫完畢後,上下文環境被銷燬了;有可能同時存在一個或多個(閉包)。同一個作用域下,不同的呼叫會產生不同的執行上下文環境,繼而產生不同的變數的值。

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