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JavaScript – 执行环境

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执行环境

执行环境(execution context)是 JavaScript 中最为重要的概念。

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。

全局执行环境是最外围的一个执行环境。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。
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是作为 window 对象的属性和方法创建的。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)。

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。

当代码在一个环境中执行是,会创建对象的一个作用域(scope chain)。
作用域的用途,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。作用域的前端,始终是当前执行的代码所在环境的变量对象。如果这个环境是函数,即将其活动对象(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(此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,而在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。

标识符解析式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,直至找到标识符位置,如果找不到标识符,通常会导致错误发生。
距离如下:

var color = 'blue';
function changeColor() {
  if (color === 'blue') {
    color = 'red';
  } else {
    color = 'blue'
  }
}

changeColor();

console.log("Color is now " + color);

在上例中,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相使用,如下例:

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();

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。

函数参数也被当作变量来对待,因此其访问规则与执行环境中的其他变量相同。

###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。因为有些语句可以在作用域链的前端临时增加一个变量对象,该变量对象会在代码执行后被移除。

当执行环境进入下例任何一个语句时,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。
如下例:

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(即 location.href ),可以在当前执行环境的变量对象中找到。但引用变量 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。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(用 ECMAScript 的概念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"

这里在一个 if 语句中定义了变量 color 。如果在 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中。在使用 for 语言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 语言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,也依旧会存在与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变量
如下例:

function add(num1, num2) {
  var sum = num1 + num2;
  return sum;
}

var result = add(10, 20);  // 30

alert(sum);  // 由于`sum`不是有效地变量,因此会导致错误。

但改动如下就可以访问 sum 变量了:

function add(num1, num2) {
  sum = num1 + num2;
  return sum;
}

var result = add(10, 20);  // 30

alert(sum);  //30

在编写 JavaScript 代码的过程中,不声明而直接初始化变量是一个常见的错误做法。建议在初始化变量之前,一定要先声明,这样就可以避免类似问题。 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

当在某个环境中为了读取或写入而引用一个标识符时,必须通过搜索来确定该标识符实际代表声明。
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。
举例如下:

var color = "blue";

function getColor() {
  return color;
}

console.log(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。即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。

变量查询也不是没有代价的。很明显,访问局部变量要比访问全局变量更快,因为不用向上搜索作用域链。

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