JavaScript世界的一等公民 - 函數

於 星期二, 17/07/2012 - 18:47 提交

簡介

在很多傳統語言（C/C++/Java/C#等）中，函數都是作爲一個二等公民存在，你只能用語言的關鍵字聲明一個函數然後調用它，如果需要把函數作爲參數傳給另一個函數，或是賦值給一個本地變量，又或是作爲返回值，就需要通過函數指針(function pointer)、代理(delegate)等特殊的方式周折一番。

而在JavaScript世界中函數卻是一等公民，它不僅擁有一切傳統函數的使用方式（聲明和調用），而且可以做到像簡單值一樣賦值、傳參、返回，這樣的函數也稱之爲第一級函數（First-class Function）。不僅如此，JavaScript中的函數還充當了類的構造函數的作用，同時又是一個Function類的實例(instance)。這樣的多重身份讓JavaScript的函數變得非常重要。

一、JavaScript函數入門級

JavaScript函數像一般語言一樣也是遵循先聲明後使用的原則，函數名只能包含字母、數字、下劃線或$，且不能以數字開頭。函數常見的聲明方式有以下兩種：

1
//
 直接聲明函數myfunc
2
function myfunc(/*
 arguments */)
 {
3
}
4
 
5
//
 把匿名函數賦值給本地變量myfunc
6
var myfunc
 = function(/*
 arguments */)
 {
7
}

注意，上面兩種函數聲明方式存在細微的差別：第一種方式在聲明時就是一個命名的函數，無論是聲明在調用之前、調用之後，甚至是不會執行到的位置（例如return語句之後或是永遠不會爲真的分支裏），都在整個作用域可訪問；第二種方式是通過把匿名函數賦值給變量的方式，嚴格意義上說這不是一個函數的聲明（function declaration）而是一個函數表達式（function expression），在賦值之前這個函數不能被任何代碼訪問到，也就是說這個賦值必須在調用之前完成，否則調用時會出現錯誤："TypeError: undefined is not a function"。例如：

1
myfunc1(); //
 能夠正常調用，因爲myfunc1採用直接聲明的方式
2
 
3
function
 myfunc1() {
4
}
5
 
6
myfunc2(); //
 出錯 TypeError: undefined is not a function
7
 
8
var
 myfunc2 = function() {
9
};

函數的基本調用方式與傳統語言相同用一對括號調用: myfunc()。JavaScript的函數也支持直接或間接的遞歸(recursive)調用，例如經典的斐波那契函數用JavaScript可以這樣實現：

1
function fib(n)
 {
2
  if (n
 == 1 || n == 2) {
3
    return 1;
4
  } else {
5
    return fib(n
 - 2) + fib(n - 1);
6
  }
7
}

在JavaScript的函數可以處理變長參數，在函數內部都擁有一個名爲arguments的局部變量，它是一個類數組（array-liked）的對象，裏面包含了所有調用時傳入的參數，有length屬性表示參數的個數。例如：

1
function test()
 {
2
  alert(arguments.length);
3
}
4
 
5
test(1); //
 1
6
test(1, 'a'); //
 2
7
test(true,
 [], {}); //
 3

利用arguments可以實現類似C語言printf的功能，也可以用來實現方法的多態。

二、JavaScript函數進階

2.1 匿名函數和嵌套函數

在JavaScript可以聲明一個沒有名稱的函數，稱爲匿名函數（Anonymouse Function）。同時JavaScript還允許在函數內部聲明函數，稱爲嵌套函數（Nested Function），嵌套函數的作用域爲整個父函數。

在前面函數聲明的部分就看到了匿名函數和嵌套函數的一種用法，由於匿名函數沒有名稱，不會引入新的變量污染上下文環境，而且會帶來新的變量作用域，因此匿名函數常被用來防止全局環境污染。

JavaScript運行時中有一個特殊的全局環境（global object），這個對象上面存放全局的函數和變量，實際開發中經常會使用若干第三方的庫或多個js文件，若不小心在全局對象引入重複的變量或函數聲明，則會造成代碼執行混亂。例如先後引入兩個js文件，分別定義了自己的函數log作爲內部使用，則第二引入的函數會覆蓋第一個的定義且不會拋出任何錯誤，在後續的執行中調用log函數可能會造成錯誤。這時候使用一個匿名函數將整個js內的邏輯包裝起來，就可以避免這種錯誤，這種方法已經被絕大多數開源js庫使用。

1
(function()
 { //
 匿名函數
2
 
3
function log(msg)
 {
4
    console.log(msg);
5
}
6
 
7
//
 其他代碼
8
 
9
}()); //
 立即執行

以上代碼就是一個簡單的示例，log函數的作用域被限制在這個匿名函數之內，而匿名函數則因爲被外面一對小括號()包括起來，形成一個函數表達式，表達式的值是一個函數，緊接着一對小括號表示立即執行這個函數，讓原有的代碼正常執行一次。不過，這種方式聲明的函數、通過var聲明的變量等等都是內部的，不能被任何匿名函數以外的代碼訪問到。如果你需要對外暴露一些函數作爲接口的話有如下幾種方法：

01
var
 mylib = (function(global) {
02
 
03
function log(msg)
 {
04
  console.log(msg);
05
}
06
 
07
log1
 = log;  //
 法一：利用沒有var的變量聲明的默認行爲，在log1成爲全局變量（不推薦）
08
 
09
global.log2
 = log;  //
 法二：直接在全局對象上添加log2屬性，賦值爲log函數（推薦）
10
 
11
return {  //
 法三：通過匿名函數返回值得到一系列接口函數集合對象，賦值給全局變量mylib（推薦）
12
   log: log
13
};
14
 
15
}(window));

2.2 高階函數（High-order Function）

如果函數作爲參數或返回值使用時，就稱爲高階函數，JavaScript中的函數都可以作爲高階函數來使用，這也是第一類函數的特徵。下面我們就分別分析一下這兩種使用方法。

01
function negative(n)
 {
02
  return -n; //
 取n的相反值
03
}
04
 
05
function square(n)
 {
06
  return n*n; //
 n的平方
07
}
08
 
09
function process(nums,
 callback) {
10
  var result
 = [];
11
 
12
  for(var i
 = 0, length = nums.length; i < length; i++) {
13
    result[i]
 = callback(nums[i]); //
 對數組nums中的所有元素傳遞給callback進行處理，將返回值作爲結果保存
14
  }
15
 
16
  return result;
17
}
18
 
19
var nums
 = [-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4];
20
var n_neg
 = process(nums, negative);
21
//
 n_neg = [3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4];
22
var n_square
 = process(nums, square);
23
//
 n_square = [9, 4, 1, 0, 1, 4, 9, 16];

以上代碼展示了把函數作爲參數傳入另一個函數process調用的示例，在process函數的實現中，把callback作爲一個黑盒子看待，負責把參數傳給它，然後獲取返回值，在調用之前並不清楚callback的具體實現。只有當執行到20行和22行時，callback才被分別代表negative或square，分別對每個元素進行取相反值或平方值的操作。

01
function
 generator() {
02
  var
 i = 0;
03
  return function()
 {
04
    return i++;
05
  };
06
}
07
 
08
var
 gen1 = generator(); //
 得到一個自然數生成器
09
var
 gen2 = generator(); //
 得到另一個自然數生成器
10
var
 r1 = gen1(); //
 r1 = 0
11
var
 r2 = gen1(); //
 r2 = 1
12
var
 r3 = gen2(); //
 r3 = 0
13
var
 r4 = gen2(); //
 r4 = 1

上面的代碼展示了把函數作爲返回值的示例，generator是一個自然數生成器函數，返回值是一個自然數生成函數。每次調用generator時都會把一個匿名函數作爲結果返回，這個匿名函數在被實際調用時依次返回每個自然數。在generator裏的變量i在每次調用這個匿名函數時都會自增1，這其實就是一個閉包。下面我們來介紹一下閉包.

2.3 閉包（Closure）

閉包(Closure)並不是一個新鮮的概念，很多函數式語言中都使用了閉包。在JavaScript中，當你在內嵌函數中使用外部函數作用域內的變量時，就是使用了閉包。用一個常用的類比來解釋閉包和類（Class）的關係：類是帶函數的數據，閉包是帶數據的函數。

閉包中使用的變量有一個特性，就是它們不在父函數返回時釋放，而是隨着閉包生命週期的結束而結束。比如像上一節中generator的例子，gen1和gen2分別使用了相互獨立的變量i（在gen1的i自增1的時候，gen2的i並不受影響，反之亦然），只要gen1或gen2這兩個變量沒有被JavaScript引擎垃圾回收，他們各自的變量i就不會被釋放。在JavaScript編程中，不知不覺就會使用到閉包，閉包的這個特性在帶來易用的同時，也容易帶來類似內存泄露的問題。例如：

1
var elem
 = document.getElementById('test');
2
elem.addEventListener('click', function()
 {
3
  alert('You
 clicked ' +
 elem.tagName);
4
});

這段代碼的作用是點擊一個結點時顯示它的標籤名稱，它把一個匿名函數註冊爲一個DOM結點的click事件處理函數，函數內引用了一個DOM對象elem，就形成了閉包。這就會產生一個循環引用，即：DOM->閉包->DOM->閉包...DOM對象在閉包釋放之前不會被釋放；而閉包作爲DOM對象的事件處理函數存在，所以在DOM對象釋放前閉包不會釋放，即使DOM對象在DOM tree中刪除，由於這個循環引用的存在，DOM對象和閉包都不會被釋放。可以用下面的方法可以避免這種內存泄露：

1
var elem
 = document.getElementById('test');
2
elem.addEventListener('click', function()
 {
3
  alert('You
 clicked ' + this.tagName); //
 不再直接引用elem變量
4
});

上面這段代碼中用this代替elem（在DOM事件處理函數中this指針指向DOM元素本身），讓JS運行時不再認爲這個函數中使用了父類的變量，因此不再形成閉包。

閉包還會帶來很多類似的內存泄露問題，只有在寫代碼的時候着重注意一下閉包，儘量避免此類的問題產生。

2.4 類構造函數

JavaScript的函數同時作爲類的構造函數，因此只要聲明一個函數就可以使用new關鍵字創建類的實例。

1
function
 Person(name) {
2
  this.name
 = name;
3
  this.toString
 = function() {
4
    return 'Hello,
 ' + this.name
 + '!';
5
  };
6
}
7
 
8
var
 p = new Person('Ghostheaven');
9
alert(p); //
 Hello, Ghostheaven!

在以上實例中Person函數作爲類的構造函數使用，此時this指向新創建的實例對象，可以爲實例增加屬性和方法，關於詳細的面向對象的JavaScript編程可以參考這篇文章。這裏我想要說的是，JavaScript函數作爲類構造函數使用時的返回值問題。

1
function MyClass(name)
 {
2
  this.name
 = name;
3
  return name;  //
 構造函數的返回值?
4
}
5
 
6
var obj1
 = new MyClass('foo');
7
var obj2
 = MyClass('foo');
8
var obj3
 = new MyClass({});
9
var obj4
 = MyClass({});

上面的構造函數比較特別，有返回語句，那麼obj1~obj4分別指向什麼對象呢？實際結果是這樣的：

• obj1 = MyClass對象
• obj2 = 'foo'
• obj3 = {}
• obj4 = {}

具體原因這篇文章有解釋，本文不再贅述，由於帶返回值的構造函數會產生奇怪的結果，因此不要在構造函數中調用有返回值的返回語句（空return可以）。

三、JavaScript函數妖怪級

歡迎來到妖怪級函數授課區，在這裏會交給你如何淡定自如地面對老怪。。。

3.1 Function類

在JavaScript運行時中有一個內建的類叫做Function，用function關鍵字聲明一個函數其實是創建Function類對象的一種簡寫形式，所有的函數都擁有Function類所有的方法，例如call、apply、bind等等，可以通過instanceof關鍵字來驗證這個說法。

既然Function是一個類，那麼它的構造函數就是Function（它本身也是Function類的對象），應該可以通過new關鍵字來生成一個函數對象。第一個妖怪來了，那就是如何用Function類構造一個函數。Function的語法如下：

1
new Function
 ([arg1[, arg2[, ... argN]],] functionBody)

其中arg1, arg2, ... argN是字符串，代表參數名稱，functionBody也是字符串，表示函數體，前面的參數名稱是可多可少的，Function的構造函數會把最後一個參數當做函數體，前面的都當做參數處理。

1
var func1
 = new Function('name', 'return
 "Hello, " + name + "!";');
2
func1('Ghostheaven'); //
 Hello, Ghostheaven!

以上方法就通過Function構造了一個函數，這個函數跟其他用function關鍵字聲明的函數一模一樣。

看到這兒，很多人可能會問爲什麼需要這樣一個妖怪呢？“存在的即是合理的”，Function類有它獨特的用途，你可以利用它動態地生成各種函數邏輯，或者代替eval函數的功能，而且能保持當前環境不會被污染*。

3.2 自更新函數（Self-update Function）

在很多語言中，函數一旦聲明過就不能再次聲明同名函數，否則會產生語法錯誤，而在JavaScript中的函數不僅可以重複聲明，而且還可以自己更新自己。自己吃自己的妖怪來了！

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01
function selfUpdate()
 {
02
  window.selfUpdate
 = function()
 {
03
    alert('second
 run!');
04
  };
05
 
06
  alert('first
 run!');
07
}
08
 
09
selfUpdate(); //
 first run!
10
selfUpdate(); //
 second run!

這種函數可以用於只運行一次的邏輯，在第一次運行之後就整個替換成一段新的邏輯。

小結

JavaScript的函數灰常強大，在漂亮地解決很多問題的同時，也帶來很多負面問題。妖怪級別的函數使用方法通常是一些鮮爲人知的用法，除非特別必要不要輕易使用，否則會造成代碼閱讀困難，影響團隊開發效率。