JavaScript——执行环境及作用域

1,252 阅读10分钟

执行环境及作用域

执行环境定义了变量或函数有权访问的其他数据,决定了它们各自的行为。

每个执行环境都有一个与之关联的变量对象(variable object),环境中定义的所有变量和函数都保存在这个对象中。(虽然我们编写的代码无法访问这个对象,但解析器在处理数据时会在后台使用它。)

根据 ECMAScript 实现所在的宿主环境不同,表示执行环境的对象也不一样。

全局执行环境是最外围的一个执行环境,在 Web 浏览器中,全局执行环境被认为是 window对象,因此所有全局变量和函数都在window对象上,所有全局变量和函数都是作为 window 对象的属性和方法创建的。

每个函数都有自己的执行环境。

当执行流进入一个函数时,函数的环境就会被推入一个环境栈中。而在函数执行之后,栈将其环境弹出,把控制权返回给之前的执行环境。ECMAScript程序中的执行流正是由这个方便的机制控制着。

某个执行环境中的所有代码执行完毕后,该环境被销毁,保存在其中的所有变量和函数定义也随之销毁(全局执行环境直到应用程序退出——例如关闭网页或浏览器——时才会被销毁)

当代码在一个环境中执行时,会创建变量对象的一个作用域链(scope chain)。

作用域链的用途,是保证对执行环境有权访问的所有变量和函数的有序访问 。

作用域链的前端,始终都是当前执行的代码所在的执行环境的变量对象。

如果这个环境是函数,则将其活动对象(activation object)作为变量对象。

活动对象在最开始时只包含一个变量,即arguments对象(这个对象在全局环境中是不存在的)。

作用域链中的下一个变量对象来自包含(外部)环境,而再下一个变量对象则来自下一个包含环境。这样,一直延续到全局执行环境;

全局执行环境的变量对象始终都是作用域链中的最后一个对象。

标识符解析(变量解析过程)是沿着作用域链一级一级地搜索标识符的过程。搜索过程始终从作用域链的前端开始,然后逐级地向后回溯,直至找到标识符为止(如果找不到标识符,通常会导致错误发生)。

请看下面的示例代码:

var color = "blue";
function changeColor(){
    if (color === "blue"){
        color = "red";
    } else {
    color = "blue";
    }
}
changeColor();
alert("Color is now " + color);

在这个简单的例子中,函数changeColor()的作用域链包含两个对象:它自己的变量对象(其中定义着 arguments 对象)和全局环境的变量对象。可以在函数内部访问变量 color ,就是因为可以在这个作用域链中找到它。

在局部作用域中定义的变量可以在局部环境中与全局变量互换使用,如下面这个例子所示:

var color = "blue";
function changeColor(){
    var anotherColor = "red";
    function swapColors(){
        var tempColor = anotherColor;
        anotherColor = color;
        color = tempColor;
        // 这里可以访问 color、anotherColor 和 tempColor
    }
    // 这里可以访问 color 和 anotherColor,但不能访问 tempColor
    swapColors();
}
// 这里只能访问 color
changeColor();

以上代码共涉及 3 个执行环境:全局环境、changeColor()的局部环境和swapColors()的局部环境。全局环境中有一个变量color和一个函数changeColor()。changeColor()的局部环境中有一个名为anotherColor的变量和一个名为swapColors()的函数,但它也可以访问全局环境中的变量 color。swapColors()的局部环境中有一个变量tempColor,该变量只能在这个环境中访问到。无论全局环境还是changeColor()的局部环境都无权访问tempColor。然而,在swapColors()内部则可以访问其他两个环境中的所有变量,因为那两个环境是它的父执行环境。

内部环境可以通过作用域链访问所有的外部环境,但外部环境不能访问内部环境中的任何变量和函数。这些环境之间的联系是线性、有次序的。每个环境都可以向上搜索作用域链,以查询变量和函数名;但任何环境都不能通过向下搜索作用域链而进入另一个执行环境。

对于这个例子中的 swapColors() 而言,其作用域链中包含 3 个对象: swapColors() 的变量对象、 changeColor()的变量对象和全局变量对象。swapColors()的局部环境开始时会先在自己的变量对象中搜索变量和函数名,如果搜索不到则再搜索上一级作用域链。 changeColor() 的作用域链中只包含两个对象:它自己的变量对象和全局变量对象。这也就是说,它不能访问 swapColors() 的环境。

延长作用域链

虽然执行环境的类型总共只有两种——全局和局部(函数),但还是有其他办法来延长作用域链。

当执行流进入下列任何一个语句时,作用域链就会得到加长:

  • try-catch 语句的 catch 块
  • with 语句

这两个语句都会在作用域链的前端添加一个变量对象。

  • 对 with 语句来说,会将指定的对象添加到作用域链中。

  • 对 catch 语句来说,会创建一个新的变量对象,其中包含的是被抛出的错误对象的声明。

function buildUrl() {
    var qs = "?debug=true";
    with(location){
        var url = href + qs;
    }
    return url;
}

在此, with 语句接收的是location对象,因此其变量对象中就包含了location对象的所有属性和方法,而这个变量对象被添加到了作用域链的前端。buildUrl()函数中定义了一个变量 qs 。当在with 语句中引用变量href时(实际引用的是location.href),可以在当前执行环境的变量对象中找到。当引用变量qs时,引用的则是在buildUrl()中定义的那个变量,而该变量位于函数环境的变量对象中。至于with语句内部,则定义了一个名为url的变量,因而 url 就成了函数执行环境的一部分,所以可以作为函数的值被返回。

没有块级作用域

JavaScript 没有块级作用域经常会导致理解上的困惑。在其他类C的语言中,由花括号封闭的代码块都有自己的作用域(如果用ECMAScript的话来讲,就是它们自己的执行环境),因而支持根据条件来定义变量。例如,下面的代码在JavaScript中并不会得到想象中的结果:

if (true) {
    var color = "blue";
}
alert(color); //"blue"

这里是在一个 if 语句中定义了变量 color 。如果是在 C、C++或 Java中, color 会在 if 语句执行完毕后被销毁。但在JavaScript中,if语句中的变量声明会将变量添加到当前的执行环境(在这里是全局环境)中。在使用 for 语句时尤其要牢记这一差异,例如:

for (var i=0; i < 10; i++){
    doSomething(i);
}
alert(i); //10

对于有块级作用域的语言来说,for语句初始化变量的表达式所定义的变量,只会存在于循环的环境之中。而对于 JavaScript来说,由for语句创建的变量i即使在for循环执行结束后,也依旧会存在于循环外部的执行环境中。

1. 声明变量

使用 var 声明的变量会自动被添加到最接近的环境中。在函数内部,最接近的环境就是函数的局部环境;在 with 语句中,最接近的环境是函数环境。如果初始化变量时没有使用 var 声明,该变量会自动被添加到全局环境。如下所示:

function add(num1, num2) {
    var sum = num1 + num2;
    return sum;
}
var result = add(10, 20); //30
alert(sum); //由于 sum 不是有效的变量,因此会导致错误

以上代码中的函数 add()定义了一个名为sum的局部变量,该变量包含加法操作的结果。虽然结果值从函数中返回了,但变量 sum 在函数外部是访问不到的。如果省略这个例子中的 var 关键字,那么当 add() 执行完毕后, sum 也将可以访问到:

function add(num1, num2) {
    sum = num1 + num2;
    return sum;
}
var result = add(10, 20); //30
alert(sum); //30

这个例子中的变量 sum 在被初始化赋值时没有使用 var 关键字。于是,当调用完 add() 之后,添加到全局环境中的变量sum将继续存在;即使函数已经执行完毕,后面的代码依旧可以访问它。

在严格模式下,初始化未经声明的变量会导致错误。

2. 查询标识符

搜索过程从作用域链的前端开始,向上逐级查询与给定名字匹配的标识符。如果在局部环境中找到了该标识符,搜索过程停止,变量就绪。如果在局部环境中没有找到该变量名,则继续沿作用域链向上搜索。搜索过程将一直追溯到全局环境的变量对象。如果在全局环境中也没有找到这个标识符,则意味着该变量尚未声明。

通过下面这个示例,可以理解查询标识符的过程:

var color = "blue";
function getColor(){
    return color;
}
alert(getColor()); //"blue"

调用本例中的函数 getColor()时会引用变量color。为了确定变量color的值,将开始一个两步的搜索过程。首先,搜索 getColor() 的变量对象,查找其中是否包含一个名为 color 的标识符。在没有找到的情况下,搜索继续到下一个变量对象(全局环境的变量对象),然后在那里找到了名为color的标识符。因为搜索到了定义这个变量的变量对象,搜索过程宣告结束。

在这个搜索过程中,如果存在一个局部的变量的定义,则搜索会自动停止,不再进入另一个变量对象。换句话说,如果局部环境中存在着同名标识符,就不会使用位于父环境中的标识符,如下面的例子所示:

var color = "blue";
function getColor(){
    var color = "red";
    return color;
}
alert(getColor()); //"red"

修改后的代码在 getColor()函数中声明了一个名为color的局部变量。调用函数时,该变量 就会被声明。而当函数中的第二行代码执行时,意味着必须找到并返回变量color的值。搜索过程首先从局部环境中开始,而且在这里发现了一个名为 color 的变量,其值为 "red" 。因为变量已经找到了,所以搜索即行停止,return语句就使用这个局部变量,并为函数会返回 "red" 。也就是说,任何位于局部变量color的声明之后的代码,如果不使用window.color 都无法访问全局 color变量。