javascript作用域和提升

作用域是一套用于确定在何处以及如何查找变量的规则。赋值操作会导致LHS查询,获取变量的值得操作会导致RHS查询。引擎在处理代码时会优先处理函数和变量声明,这种机制叫做提升。

作用域是什么

在了解作用域之前,先简单认识一下JavaScript的编译原理。

传统编译语言的流程中,程序的源码在执行前会经过三个步骤,称这个过程为编译。

  1. 分词: 词法分析
    这个过程将字符串分解成有意义的代码块。
  2. 解析: 语法分析
    这个过程将词法单元转换成一个由元素逐级嵌套的代表了程序语法结构的树。
  3. 代码生成
    这个过程机会将上面生成的树转换为可执行的代码。

对于JavaScript来讲,编译过程与上面类似,但是它的大部分编译是发生在代码执行前一瞬间的。

作用域

作用域负责收集并维护由所有变量组成的查询,并确定一套规则来判断当前代码对这些变量的访问权限。

对于var a = 2;而言,简单来讲,编译器首先在当前作用域中声明一个变量a,然后在运行时引擎会从当前作用域中查找变量a,再然后将2赋值给a。

作用域链

每个函数都有自己的执行环境,当一个函数嵌套在另一个函数或块中时,就会形成一个作用域链。作用域链的前端即为当前执行环境,全局执行环境的变量即作用域链的顶端。在当前作用域中找不到变量时,引擎就会沿着作用域链一级级向上查询,直到找到为止。

var b=2;
function foo(a) {
  return a*b;
}
foo(3); //6

上面的例子中,foo的作用域中没有变量b,要对其进行引用需要向上一级查找。

LHS和RHS

LHS和RHS是引擎进行变量查询的两种方式。
LHS表示查询赋值操作的目标是谁;RHS表示查询谁是赋值操作的源头。换句话说,RHS查询就是查找某个变量的值,LHS查询是寻找到这个变量的容器本身,从而可以对其赋值。

function foo(a) {
  console.log(a);
}
foo(2);

对上面的例子进行分析:

  1. 要执行foo,需要知道其赋值操作的源头,进行RHS引用;
  2. 接下来把2赋值给a,需要进行一次LHS引用,这是一个隐式变量分配;
  3. 对console进行RHS引用,console是个内置对象,有log(..)方法;
  4. 确认a的值,进行一次RHS查询,然后将a的值传递进log(..)方法。

异常

如果RHS查询在所有作用域链中都找不到所需的变量时,引擎就会抛出ReferenceError异常。如果RSH查询找到目标变量,但你尝试对其进行非法操作时,引擎会抛出TypeError异常。
如果LSH查询在所有作用域链中都找不到所需的变量时,就会在全局作用域中创建该变量并返还给引擎。

注意:
严格模式下禁止自动或隐式创建变量,LSH查询失败时同样返回ReferenceError异常。

词法作用域

作用域一般有两种工作模型,一种是为大多数语言所使用的词法作用域,另一种是动态作用域。
词法作用域就是定义在词法阶段的作用域。词法作用域是由书写代码时函数声明的位置决定的。作用域一旦给定基本上会保持不变。当然也会有一些欺骗词法的方法,但一般不推荐使用,欺骗作用域会导致性能下降。

function foo(a) { //全局作用域,只有一个foo标识符
  var b = a * 2; //包含foo的作用域,有a,bar,b三个表示符
  function bar(c) { //包含着bar的作用域,只有一个c标识符
    console.log(a,b,c);
  }
  bar(b*2);
}
foo(3);

上面的例子中有三个作用域,可以看做三个气泡。

欺骗词法--eval方法

eval()函数会接收一个字符串作为参数,并将其中的内容视为代码片段进行执行。

function foo(str, a) {
  eval(str); //欺骗
  console.log(a,b);
}
foo("var b=1", 2); //2 1

严格模式下,在eval()创建的变量不能被调用。

function foo(str, a) {
"use strict";
 eval(str); //欺骗
 console.log(a,b);
}
foo("var b=1", 2); //ReferenceError: b is not defined

在程序中动态生成代码将造成不确定性的结果,可能会造成性能上的损失。

欺骗词法--with方法

with()将一个对象的引用当做作用域来处理,将对象的属性当做作用域的标识符来处理,从而创建一个新的作用域。这种方法也会使引擎无法在编译时对作用域进行优化从而造成性能上的损失。

var obj = {
  a:1,
  b:2,
  c:3
}
//方便调用
with(obj) {
  a = 3;
  b = 4;
  c = 5;
}

严格模式下with()被完全禁止。

函数作用域和块作用域

前面讨论了作用域是相互嵌套并包含了标识符(变量,函数)的容器,并提到了词法作用域中的两种欺骗词法,下面讨论js中常见的生成作用域的其他方法。

函数作用域

属于这个函数的全部变量可以在整个函数内部或其嵌套的作用域内部使用,这即为函数的作用域。

  1. 隐藏内部实现
    函数作用域可以将声明在该函数内部的变量或函数隐藏起来,从而实现良好的设计模式。在模块和对象的API设计中,这种方法很常见也很实用。
    下面是一个利用对象全局命名空间来规避冲突的方法。
var AUniqueName = {
  doSomething: function() {
    ...
  },
  doAnotherThing: function() {
    ...
  },
  ...
};
  1. 立即执行函数表达式(IIFE)
    很多时候我们希望函数不需要函数名或者函数名不会污染所在的作用域,并且能够自动执行。这时我们可以使用立即执行函数表达式(IIFE)来实现。(function() {..})(); 就是一个IIFE,用一对括号将函数包裹使其变成表达式,再用另一对括号立即执行这个函数。

如果function是声明中的第一个词,那么就是函数声明,否则就是一个函数表达式,函数声明不能匿名,表达式则可以。

//函数声明
function timeoutHander() {
  ...
}
//函数表达式
setTimeout(function () {
  ...
}, 1000);

IIFE进阶用法:
2.1. 把他们当做函数调用并传递参数进去。

var foo = {
  a:1, b:2, c:3
};
(function IIFE(global) {
  var a =3;
  console.log(a); //3
  console.log(global.a); //1
})(foo);

上面的例子中,将foo对象的引用传递进去,但将参数命名为global。
2.2. 倒置代码的运行顺序,将需要运行的函数放在第二位。

var foo = {
  a:1, b:2, c:3
};
(function IIFE(res) {
  res(foo);
})(function def(global) {
  var a = 3;
  console.log(a); //3
  console.log(global.a); //1
});

函数表达式def定义在片段的第二部分,然后当做参数传递到IIFE函数定义的第一部分。然后参数res(也就是传进去的函数def)被调用,并将foo传入当做global的参数。

块作用域--try..catch

ES3中规定try...catch的catch会创建一个块级作用域,在其中声明的变量仅在catch内部有效。

try {
  console.log(e);
} catch(err) {
  console.log(err); //正常执行
}
console.log(err); //ReferenceError

块作用域--let

ES6中引入了let关键字,可以将变量绑定到任意的作用域中。let将其声明的变量隐式的放到了它所在的块作用域中。

for(let i=0; i<9; i++) {
  console.log(i);
}
console.log(i); //ReferenceError

用{..}可以显式的声明变量

{
  let a = 2;
  console.log(a); //2
}
console.log(a); //ReferenceError

块作用域--const

ES6中引入了const关键字,同样可以用来创建块作用域,但其值为常量。

{
  const a = 1;
  console.log(a);
}
console.log(a); //ReferenceError

作用域可以总结为一句,声明在这个作用域中的变量都将作用在这个作用域中。

函数和变量提升

作用域中的声明将在代码本身执行之前首先处理,可以将这个过程想象成所有的声明(变量和函数)都会被移动到各自作用域的前端,这个过程称为提升。

  1. 先有声明后有赋值。只有函数和变量会进行提升,函数表达式和赋值都留在原地。
a = 2;
var a;
console.log(a);

上面这段代码,编译器将会把声明var a;提升到顶部,首先进行处理,即按照如下的顺序进行处理。

var a;
a = 2;
console.log(a); //2
  1. 只有声明本身会被提升,赋值和其他运行逻辑会停留在原地。
console.log(a);
var a = 2; //undefined

编译器把var a = 2视为两行代码,即var a;a = 2;,然后将var a;提升到顶部,首先进行处理,赋值操作a = 2留在原地。即编译器将会按照下面的形式处理这段代码。

var a;
console.log(a); //undefined
a = 2; 
  1. 每个作用域都会在自己的作用域范围内进行提升操作。
foo();
function foo() {
  console.log(a); //undefined
  var a = 2;
}

上面代码块中,全局作用域中的函数声明会被提升,foo作用域中的var a;也会被提升。即按照下面的顺序进行执行。

function foo() {
  var a;
  console.log(a); //undefined
  a = 2;
}
foo();

函数首先会被提升,然后才是变量。要避免重复声明,当普通声明和函数声明混合在一起的时候,容易造成混乱。

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