深入作用域链与闭包
为什么要把作用域链和闭包放在一起讲呢,它们有什么关联吗?
试想,我们如果在一个内部的函数使用了外部的变量,是通过 [[outerEnv]] 串起来的 词法环境 ( 各类环境记录 ),即最终在浏览器上的实现,作用域链 [[Scope]] 。
而闭包的触发,是需要在一个 独立的空间 中管理从外部获得的变量。而这个外部变量的获取与 绑定 ,则是需要通过作用域链。
所以理解了作用域链的形成原理,才能更好的深入理解闭包。
作用域链
上节的例子中对于函数中变量记录的阐释并不完备,只是简单的将 VariableEnvironemnt.[[outerEnv]] 指向了外部。仔细思考的同学可能会发现,JavaScript里面万物皆对象,函数这个对象满天飞,如果每次都要解析全局词法来获取某个函数的外部环境,是不是很浪费性能呢?
[[Environment]]
所以其实在函数被声明的时候,就被加上了一个 内部属性 [[Environment]] ,根据规范定义,它也是一个 环境记录 ,其 [[outerEnv]] 指向 声明 函数的词法环境。
10.2 ECMAScript Function Objects) Internal Slots of ECMAScript Function Objects
Internal Slot Type Description [[Environment]] an Environment Record The Environment Record that the function was closed over. Used as the outer environment when evaluating the code of the function.
完善环境记录
同时,在函数执行的时候,创建的 词法环境 和 变量环境 都是存储在 [[Environment]] 中的
?function foo() { ? ? ?var a = 1; ? ? ?let b = 2; ?} ?foo();
在函数执行前创建上下文时,较为完备的解释应该如下:
?ExecutionContext: { ? ? [[Environment]](0x00): { ? ? ? ? ?LexicalEnvironment(0x01): { ? ? ? ? ? ? ?b -> nothing ? ? ? ? ? ? [[outerEnv]]: 0x02 ? ? ? ? } ? ? ? ? ?VariableEnvironment(0x02): { ? ? ? ? ? ? ?a -> undefined ? ? ? ? ? ? [[outerEnv]]: 0x00 ? ? ? ? } ? ? ? ? ?... ? ? ? ? [[outerEnv]]: global ? ? } ?}
闭包
函数实例
为了更好的解释闭包。先了解一下 函数实例化 的概念:声明函数的时候可以使用 new Function ,实例出来一个函数对象
函数声明 :可以叫做 函数实例化 ,创建了原型 Function 的一个实例 函数表达式 :则为 创建函数的实例举个例子说明同一个函数代码块能有多个函数实例:
?function foo() { ? return function myFun() {} ?} ?const fun1 = foo() ?const fun2 = foo() ?console.log(fun1 === fun2) // false
在这里, myFun 就是一个 函数表达式 ,而 fun1/fun2 就是两个 不同的实例
什么是闭包
基于这个概念,关于作用域链与闭包的关系可以这么理解:
每生成一个 函数实例 ,实例内部都会有一条由 环境记录 (包括函数自身的)串成的作用域链。而 闭包 可以理解为是 与函数实例的作用域链绑定的一个映像 。
在具体实践中(如V8引擎),函数在预编译的时候会解析函数内部的词法, 无论深度、子函数是否被调用 ,只要内部有用到外部的变量,就会把它们存到 同一个 闭包上,由于这些变量是通过作用域链 获取且绑定的 ,所以可以说闭包只是一个作用域链的 丐版复制品 。
同时,这个闭包可以理解为父函数的一个属性,且同一个实例中的 所有子函数 使用同一个闭包,后文会对这一点进行验证。
变量绑定
为什么要提到绑定?
当外部变量发生变化时,闭包中的对应的变量也会发生变化。 在闭包中的使外部变量发生变化,其绑定的环境记录中的变量也会变化。?let a = 1; ?let b = 2; ?function foo() { ? ?return function () { ? ? ?a += 1; ? ? ?b += 10; ? ? ?console.log(a, b); ? }; ?} ?const bar = foo(); ?bar(); // 2 12 ?bar(); // 3 22 ?a += 10; ?bar(); // 14 32 ?a = 0; ?bar(); // 1 42 ?cnsole.log(a) // 1 (在闭包中+1,全局环境中的 a 也对应+1)
这个绑定也可以解释一个经典的面试题(相关前置知识可以参考上一节《环境变量》)
?function foo() { ? ?for (var i = 0; i < 6; i++) { ? ? ?setTimeout(() => { ? ? ? ?console.log(i); ? ? }, i * 100); ? } ?} ?foo(); // 6 6 6 6 6
因为 i 是使用 var 声明的,所以会[逸出]保存到 foo 的 变量环境 中。因此 setTimeout 中的匿名函数闭包中的 i 是与 foo 环境所绑定。当执行 i++ ,即 foo 的 i++ ,闭包中的 i 随之变化。因为所有闭包绑定了同一个 环境记录 ,所以是显示同一个值,退出循环后仍然执行了一次 i++ ,因此输出为 6 而不是 5。
对应的。我们来看看用 let 声明的 i 的表现。
?function foo() { ? ?for (let i = 0; i < 6; i++) { ? ? ?setTimeout(() => { ? ? ? ?console.log(i); ? ? }, i * 100); ? } ?}? ?foo(); // 1 2 3 4 5
这里的 i 是由 let 声明,所以它会被保存到最近的 词法环境 中,即 块 的词法环境。每次循环都会形成一个新的块级作用域,因此 i 保存的环境都不一样,即每个 setTimeout 匿名函数闭包中的 i 绑定了不同的环境记录。因此可以单独管理。
同一个闭包
上文提到,在同一个函数实例中,所有子函数公用一个闭包。我们用具体代码来验证一下
?function foo() { ? ?let a = 1; ? ?const b = 2; ? ?let c = 3; ? ?let d = 4; ? ?function bar() { // 验证深度以及没有被调用的情况 ? ? ?console.log(a); ? ? ?function barSon() { ? ? ? ?console.log(b); ? ? } ? } ? ?return function () { ? ? ?console.log(d); ? ? ?return { ? ? ? ?addNum() { ? ? ? ? ?d = "new" + d; ? ? ? }, ? ? }; ? }; ?} ?const fun1 = foo(); ?fun1().addNum(); // 验证不同实例的闭包空间独立 ?fun1(); ?const fun2 = foo(); ?fun2();
这里我们新建了 两个实例 ,按照上文的理论,二者的闭包应该是 独立的 ,且所有子函数 无论深度以及子函数是否被调用 都会共用一个闭包。
上图的包含变量 a,b 的子函数并没有调用,但是在闭包中仍然存在。
返回的匿名函数和 bar 有使用到的变量在同一个闭包 foo.Closure 中
这里我们调用 fun1.addNum 修改了 d 的值,但是实例 fun2 的闭包中的 d 仍然是 4 。可以看出两个闭包是独立的。
总结
与静态的函数实例相对应,闭包是一个 运行期的概念 ,其在函数执行的过程中处于 激活的、可访问的 状态。并在函数实例调用结束后 保持数据信息的最终状态 ,直到闭包被销毁。(具体体现形式为上个例子中不断调用同一个函数会输出不同而值,而这些值是来自于上次调用的最终数据状态)
实际上,函数执行时,如果当前函数有使用到外部变量,会新建一个 环境记录 作为闭包(规范定义),它存在与 [[Environment]].[[outerEnv]] 的可变绑定。(在浏览器中,只要函数内部对外部变量进行引用,函数的内部属性 [[Scope]] 中会有名为 Closure 的闭包)
下面是上一个例子执行完毕之后两个函数实例的 [[Scope]]
在最后举个例子形象说明一下 闭包 在作用域链中处于什么位置
?function foo() { ? ?let a = 1; ? ?const b = 2; ? ?let c = 3; ? ?let d = 4; ? ?function bar() { // 验证深度以及没有被调用的情况 ? ? ?console.log(a); ? ? ?function barSon() { ? ? ? ?console.log(b); ? ? } ? } ? ?return function myFun() { ? ? ?console.log(d); ? }; ?}? ?const fun1 = foo();
?// 词法编译时,假设每个空间都有一个的堆内存 ?ExecutionContext(foo): { ? ? [[outerEnv]]: global ? ... ? ? [[Environment]](0x00): { ? LexicalEnviroemnt(0x01): { ? ? ? ? ? ? [[outerEnv]]: 0x00 ? ... ? ? ? ? ? ? ?a —> nothing, b -> nothing, c -> nothing, d -> nothing ? ? ? ? ? ? ?bar: { ? ? ? ? ? ? ? ? ?LexicalEnviroemnt(0x02): {...} ? ? ? ? ? ? ? ? [[Environment]] : { ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [[outerEnv]] : 0x10 // 指向闭包 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?... ? ? ? ? ? ? ? ? } ? ? ? ? ? ? ? ? ?barSon: { ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [[Environment]] : { ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?// 指向上一层函数的词法环境,如果有闭包则会指向上一层函数的闭包 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [[outerEnv]] : 0x02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?... ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? } ? ? ? ? ? ? ? ? } ? ? ? ? ? ? } ? myFun: { ? ? ? ? ? ? ? ? [[Environment]] : { ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [[outerEnv]] : 0x10 // 指向闭包 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?... ? ? ? ? ? ? ? ? } ? ? ? ? ? ? } ? ? ? ? } ? // 即所谓的闭包,这里面变量的来源于外部的环境记录(某种映射) ? EnvironmentRecord(0x10): { ? a -> nothing, b -> nothing, d -> nothing ? ? ? ? ? ? [[outerEnv]]: 0x01 // 指向外部词法环境 ? ? ? ? } ? ? } ? ? ?... ?}
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