JS词法作用域

“作用域”是一套规则,用来管理JS引擎如何在当前作用域及其嵌套的子作用域内,根据标识符名称进行变量的查找。

作用域有两种工作模型:

  • 词法作用域:大多数编程语言所采用
  • 动态作用域:如Bash脚本、Perl中的一些模式等

词法阶段

大部分标准编译器的第一个工作阶段叫做词法化(单词化),词法化的过程会对源代码中的字符进行检查,如果是有状态的解析过程,就会赋予单词语义。这个概念是理解词法作用域及其名称来历的基础。

简单来说,词法作用域是定义在词法阶段的作用域。换句话说,词法作用域是由你在写代码时将变量和块作用域写在哪里所决定的,因此当词法分析器处理代码时会保持作用域不变。

事实上,让词法作用域根据词法关系保持书写时的自然关系不变,是一个非常好的最佳实践。不过可以采用欺骗词法作用域的方式,在词法分析器处理过后依然可以修改作用域。

/**
  * 三个逐级嵌套的作用域(想象成气泡)
  * 作用域气泡由其对应的作用域块代码写在哪里决定,它们是逐级包含的。
  * 这里的气泡是严格包含的,我们并不是在讨论文氏图这种可以跨越边界的气泡。
  * 换句话说,没有任何函数的气泡可以(部分地)同时出现在两个外部作用域的气泡中,就如同没有任何函数可以部分地同时出现在两个父级函数中一样。
*/ 
// 作用域1:包含着整个全局作用域,其中只有一个标识符foo。
function foo(a){
  // 作用域2:包含foo所创建的作用域,其中有三个标识符a,b,bar。
  var b = a * 2;
  // bar的气泡被完全包含在foo所创建的气泡中,唯一的原因是这里就是我们希望定义函数bar的位置。
  function bar(c){
    // 作用域3:包含着bar所创建的作用域,其中只有一个标识符c。
    console.log(a, b, c);
  }
  bar(b * 3);
}
foo(2); // 2, 4, 12
作用域嵌套

词法作用域查找

作用域气泡的结构和互相之间的位置关系给JS引擎提供了足够的位置信息,JS引擎根据这些信息来查找标识符的位置。

// 作用域查找会在找到第一个匹配的标识符时停止
function foo(a){
  var b = a * 2;// 第3步:JS引擎在这里找到了a,因此JS引擎使用了这个引用。
  function bar(c){
    // 第2步:JS引擎首先从最内部的作用域,也就是bar(...)函数的作用域的气泡开始查找。
    // JS引擎无法再这里找到a,就会去上一级到所嵌套的foo(...)的作用域中继续查找。
    console.log(a, b, c);// 第1步:JS引擎执行console.log(...)声明,并查找a,b,c三个变量的引用。
  }
  bar(b * 3);
}
foo(2); // 2, 4, 12

在多层嵌套作用域中可以定义同名的标识符,这叫做“遮蔽效应”(内部的标识符遮蔽了外部的标识符)。抛开遮蔽效应,作用域查找始终从运行时所处的最内部作用域开始,逐级向外或向上进行,直到遇见第一个匹配的标识符为止。

全局变量会自动成为全局对象(浏览器中的window对象)的属性,因此可以不直接通过全局对象的词法名称,而是直接通过对全局对象属性的引用来对其进行访问。

window.a

通过这种技术可以访问那些被同名变量所遮蔽的全局变量,但非作用域的变量如果被遮蔽了,无论如何都无法被访问到。

无论函数在哪里被调用,也无论函数如何被调用,函数的词法作用域都只由函数被声明时所处的位置所决定。

词法作用域查找只会查找一级标识符,比如a,b,c。如果代码中引用了foo.bar.baz,词法作用域查找只会试图查找foo标识符,找到这个变量后,对象属性访问规则会分别接管对bar和baz属性的访问。

欺骗词法

如果词法作用域完全由写代码期间函数所声明的位置来定义,怎样才能在运行时来修改(欺骗)词法作用域呢?
JS中有两种机制来实现这个目的,当然这并不是什么好主意,因为欺骗词法作用域会导致性能下降。

  • eval()
  • with

eval机制

JS中的eval()函数可以接受一个字符串作为参数,并将其内容视为好像在书写时就存在于程序中这个位置的代码。换句话说,可以在你写的代码中用程序生成代码并运行,就好像代码是写在那个位置一样。

根据这个原理来理解eval(),它是如何通过代码欺骗和假装成书写时(也就是词法期)代码就在那,来实现修改词法作用域环境的,这个原理就变得清晰易懂了。

在执行eval()函数之后的代码时,JS引擎并不知道或在意前面的代码是以动态形式插入进来的,并对词法作用域的环境进行修改的。JS引擎只会如往常一样进行词法作用域查找。

function foo(str, a){
  // eval()函数调用中的“var b=3;”这段代码会被当做本来就在那里一样来处理。
  // 由于那段代码声明了一个新变量b,因此它对已经存在的foo()函数的词法作用域进行了修改。
  // 事实上,这段代码实际上在foo()函数内部创建了一个变量b,并遮蔽了外部(全局)作用域中的同名变量。
  eval(str);// 欺骗词法
  // 当console.log()被执行时,会在foo()函数的内部同时找到a和b,但是永远也无法找到外部的b。因此会输出1,3,而不是正常情况下回输出的1,2.
  console.log(a,b);
}
// test
var b = 2;
foo("var b = 3;", 1);// 1, 3

/*
上例中为了展示的方便和简洁,我们传递进去的代码字符串是固定不变的。
而在实际情况中,可以非常容易地根据程序逻辑动态地将字符拼接在一起之后再传递进去。
eval()通常被用来执行动态创建的代码,因为像例子中这样动态地执行一段固定字符所组成的代码,并没有比直接将代码写在那里更有好处。
*/

默认情况下,如果eval()函数中所执行的代码包含有一个或多个声明(无论是变量还是函数),就会对eval()函数所处的词法作用域进行修改。技术上通过一些技巧可以间接调用eval()函数来使其运行在全局作用域中,并对局部作用域进行修改。但无论何种情况,eval()都可以在运行期修改书写期的词法作用域。

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