圖解Javascript上下文與作用域

原文地址：http://blog.rainy.im/2015/07/04/scope-chain-and-prototype-chain-in-js/

本文嘗試闡述Javascript中的上下文與作用域背後的機制，主要涉及到執行上下文（execution context）、作用域鏈（scope chain）、閉包（closure）、this等概念。

Execution context

執行上下文（簡稱上下文）決定了Js執行過程中可以獲取哪些變量、函數、數據，一段程序可能被分割成許多不同的上下文，每一個上下文都會綁定一個變量對象（variable object），它就像一個容器，用來存儲當前上下文中所有已定義或可獲取的變量、函數等。

位於最頂端或最外層的上下文稱爲全局上下文（global context），全局上下文取決於執行環境，如Node中的global和Browser中的window：

圖1 JS執行上下文

需要注意的是，上下文與作用域（scope）是不同的概念。Js本身是單線程的，每當有function被執行時，就會產生一個新的上下文，這一上下文會被壓入Js的上下文堆棧（context stack）中，function執行結束後則被彈出，因此Js解釋器總是在棧頂上下文中執行。在生成新的上下文時，首先會綁定該上下文的變量對象，其中包括arguments和該函數中定義的變量；之後會創建屬於該上下文的作用域鏈（scope chain），最後將this賦予這一function所屬的Object，這一過程可以通過下圖表示：

圖2 JS上下文堆棧

this

上文提到this被賦予function所屬的Object，具體來說，當function是定義在global對中時，this指向global；當function作爲Object的方法時，this指向該Object：

var x = 1;  
var f = function(){  
  console.log(this.x);
}
f();  // -> 1

var ff = function(){  
  this.x = 2;
  console.log(this.x);
}
ff(); // -> 2  
x     // -> 2

var o = {x: "o's x", f: f};  
o.f(); // "o's x"  

Scope chain

上文提到，在function被執行時生成新的上下文時會先綁定當前上下文的變量對象，再創建作用域鏈。我們知道function的定義是可以嵌套在其他function所創建的上下文中，也可以並列地定義在同一個上下文中（如global）。作用域鏈實際上就是自下而上地將所有嵌套定義的上下文所綁定的變量對象串接到一起，使嵌套的function可以“繼承”上層上下文的變量，而並列的function之間互不干擾：

圖 3 作用域鏈

var x = 'global';  
function a(){  
  var x = "a's x";
  function b(){
    var y = "b's y";
    console.log(x);
  };
  b();
}
function c(){  
  var x = "c's x";
  function d(){
    console.log(y);
  };
  d();
}
a();  // -> "a's x"  
c();  // -> ReferenceError: y is not defined  
x     // -> "global"  
y     // -> ReferenceError: y is not defined  

Closure

如果理解了上文中提到的上下文與作用域鏈的機制，再來看閉包的概念就很清楚了。每個function在調用時會創建新的上下文及作用域鏈，而作用域鏈就是將外層（上層）上下文所綁定的變量對象逐一串連起來，使當前function可以獲取外層上下文的變量、數據等。

如果我們在function中定義新的function，同時將內層function作爲值返回，那麼內層function所包含的作用域鏈將會一起返回，即使內層function在其他上下文中執行，其內部的作用域鏈仍然保持着原有的數據，而當前的上下文可能無法獲取原先外層function中的數據，使得原先外層function內部的作用域鏈被保護起來，從而形成“閉包”。看下面的例子：

var x = 100;  
var inc = function(){  
  var x = 0;
  return function(){
    console.log(x++);
  };
};

var inc1 = inc();  
var inc2 = inc();

inc1();  // -> 0  
inc1();  // -> 1  
inc2();  // -> 0  
inc1();  // -> 2  
inc2();  // -> 1  
x;       // -> 100  

執行過程如下圖所示，inc內部返回的匿名function在創建時生成的作用域鏈包括了inc中的x，即使後來賦值給inc1和inc2之後，直接在global context下調用，它們的作用域鏈仍然是由定義中所處的上下文環境決定，而且由於x是在function inc中定義的，無法被外層的global context所改變，從而實現了閉包的效果：

圖4 閉包

this in closure

我們已經反覆提到執行上下文和作用域實際上是通過function創建、分割的，而function中的this與作用域鏈不同，它是由執行該function時當前所處的Object環境所決定的，這也是this最容易被混淆用錯的一點。一般情況下的例子如下：

var name = "global";  
var o = {  
  name: "o",
  getName: function(){
    return this.name
  }
};
o.getName();  // -> "o"  

由於執行o.getName()時getName所綁定的this是調用它的o，所以此時this == o；更容易搞混的是在closure條件下：

var name = "global";  
var oo = {  
  name: "oo",
  getNameFunc: function(){
    return function(){
      return this.name;
    };
  }
}
oo.getNameFunc()();  // -> "global"  

此時閉包函數被return後調用相當於：

getName = oo.getNameFunc();  
getName();  // -> "global"  

換一個更明顯的例子：

var ooo = {  
  name: "ooo",
  getName: oo.getNameFunc() // 此時閉包函數的this被綁定到新的Object
};
ooo.getName();  // -> "ooo"  

當然，有時候爲了避免閉包中的this在執行時被替換，可以採取下面的方法：

var name = "global";  
var oooo = {  
  name: "ox4",
  getNameFunc: function(){
    var self = this;
    return function(){
       return self.name;
    };
  }
};
oooo.getNameFunc()(); // -> "ox4"  

或者是在調用時強行定義執行的Object：

var name = "global";  
var oo = {  
  name: "oo",
  getNameFunc: function(){
    return function(){
      return this.name;
    };
  }
}
oo.getNameFunc()();  // -> "global"  
oo.getNameFunc().bind(oo)(); // -> "oo"  

Summary

0、執行上下文和作用域是通過function創建、分割的
0、function中的this是由執行該function時當前所處的Object環境所決定的

1、Js本身是單線程的，每當有function被執行時，就會產生一個新的上下文，這一上下文會被壓入Js的上下文堆棧（context stack）中，function執行結束後則被彈出，因此Js解釋器總是在棧頂上下文中執行。
2、一段程序可能被分割成許多不同的上下文，每一個執行上下文都會綁定一個變量對象（variable object），它就像一個容器，用來存儲當前上下文中所有已定義或可獲取的變量、函數等
3、在生成新的上下文時，首先會綁定該上下文的變量對象，其中包括arguments和該函數中定義的變量；之後會創建屬於該上下文的作用域鏈（scope chain），最後將this賦予這一function所屬的Object，具體來說，當function是定義在global對中時，this指向global；當function作爲Object的方法時，this指向該Object
4、作用域鏈實際上就是自下而上地將所有嵌套定義的上下文所綁定的變量對象串接到一起，使嵌套的function可以“繼承”上層上下文的變量，而並列的function之間互不干擾
5、在function中定義新的function，同時將內層function作爲值返回，那麼內層function所包含的作用域鏈將會一起返回，即使內層function在其他上下文中執行，其內部的作用域鏈仍然保持着原有的數據，而當前的上下文可能無法獲取原先外層function中的數據，使得function內部的作用域鏈被保護起來，從而形成“閉包”

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