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深入理解Javascript閉包概念

一、變數的作用域

要理解閉包,首先必須理解Javascript特殊的變數作用域。

變數的作用域無非就是兩種:全域性變數和區域性變數。

Javascript語言的特殊之處,就在於函式內部可以直接讀取全域性變數。


Js程式碼

  var n=999;

  function f1(){
    alert(n);
  }

  f1();// 999

另一方面,在函式外部自然無法讀取函式內的區域性變數。

Js程式碼

  function f1(){
    var n=999;
  }

  alert(n);// error

這裡有一個地方需要注意,函式內部宣告變數的時候,一定要使用var命令。如果不用的話,你實際上聲明瞭一個全域性變數!

Js程式碼

  function f1(){
    n=999;
  }

  f1();

  alert(n);// 999

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二、如何從外部讀取區域性變數?

出於種種原因,我們有時候需要得到函式內的區域性變數。但是,前面已經說過了,正常情況下,這是辦不到的,只有通過變通方法才能實現。

那就是在函式的內部,再定義一個函式。

Js程式碼

  function f1(){

    n=999;

    function f2(){
      alert(n);// 999
    }

  }

在上面的程式碼中,函式f2就被包括在函式f1內部,這時f1內部的所有區域性變數,對f2都是可見的。但是反過來就不行,f2內部的區域性變數,對f1 就是不可見的。這就是Javascript語言特有的“鏈式作用域”結構(chain scope),子物件會一級一級地向上尋找所有父物件的變數。所以,父物件的所有變數,對子物件都是可見的,反之則不成立。既然f2可以讀取f1中的區域性變數,那麼只要把f2作為返回值,我們不就可以在f1外部讀取它的內部變量了嗎!


Js程式碼

  function f1(){

    n=999;

    function f2(){
      alert(n);
    }

    return f2;

  }

  var result=f1();

  result();// 999

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三、閉包的概念

上一節程式碼中的f2函式,就是閉包。

各種專業文獻上的“閉包”(closure)定義非常抽象,很難看懂。我的理解是,閉包就是能夠讀取其他函式內部變數的函式。

由於在Javascript語言中,只有函式內部的子函式才能讀取區域性變數,因此可以把閉包簡單理解成“定義在一個函式內部的函式”。

所以,在本質上,閉包就是將函式內部和函式外部連線起來的一座橋樑。

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四、閉包的用途

閉包可以用在許多地方。它的最大用處有兩個,個是前面提到的可以讀取函式內部的變數,另一個就是讓這些變數的值始終保持在記憶體中

怎麼來理解這句話呢?請看下面的程式碼。


Js程式碼

  function f1(){

    var n=999;

    nAdd=function(){n+=1}

    function f2(){
      alert(n);
    }

    return f2;

  }

  var result=f1();

  result();// 999

  nAdd();

  result();// 1000

在這段程式碼中,result實際上就是閉包f2函式。它一共運行了兩次,第一次的值是999,第二次的值是1000。這證明了,函式f1中的區域性變數n一直儲存在記憶體中,並沒有在f1呼叫後被自動清除。

為什麼會這樣呢?原因就在於f1是f2的父函式,而f2被賦給了一個全域性變數,這導致f2始終在記憶體中,而f2的存在依賴於f1,因此f1也始終在記憶體中,不會在呼叫結束後,被垃圾回收機制(garbage collection)回收。

這段程式碼中另一個值得注意的地方,就是“nAdd=function(){n+=1}”這一行,首先在nAdd前面沒有使用var關鍵字,因此 nAdd是一個全域性變數,而不是區域性變數。其次,nAdd的值是一個匿名函式(anonymous function),而這個匿名函式本身也是一個閉包,所以nAdd相當於是一個setter,可以在函式外部對函式內部的區域性變數進行操作。

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五、使用閉包的注意點

1)由於閉包會使得函式中的變數都被儲存在記憶體中,記憶體消耗很大,所以不能濫用閉包,否則會造成網頁的效能問題,在IE中可能導致記憶體洩露。解決方法是,在退出函式之前,將不使用的區域性變數全部刪除。

2)閉包會在父函式外部,改變父函式內部變數的值。所以,如果你把父函式當作物件(object)使用,把閉包當作它的公用方法(Public Method),把內部變數當作它的私有屬性(private value),這時一定要小心,不要隨便

改變父函式內部變數的值。

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六、閉包內的微觀世界

如果要更加深入的瞭解閉包以及函式a和巢狀函式b的關係,我們需要引入另外幾個概念:函式的執行環境(excution context)、活動物件(call object)、作用域(scope)、作用域鏈(scope chain)。以函式a從定義到執行的過程為例闡述這幾個概念。

  1. 定義函式a的時候,js直譯器會將函式a的作用域鏈(scope chain)設定為定義a時a所在的“環境”,如果a是一個全域性函式,則scope chain中只有window物件。
  2. 執行函式a的時候,a會進入相應的執行環境(excution context)
  3. 在建立執行環境的過程中,首先會為a新增一個scope屬性,即a的作用域,其值就為第1步中的scope chain。即a.scope=a的作用域鏈。
  4. 然後執行環境會建立一個活動物件(call object)。活動物件也是一個擁有屬性的物件,但它不具有原型而且不能通過JavaScript程式碼直接訪問。建立完活動物件後,把活動物件新增到a的作用域鏈的最頂端。此時a的作用域鏈包含了兩個物件:a的活動物件和window物件。
  5. 下一步是在活動物件上新增一個arguments屬性,它儲存著呼叫函式a時所傳遞的引數。
  6. 最後把所有函式a的形參和內部的函式b的引用也新增到a的活動物件上。在這一步中,完成了函式b的的定義,因此如同第3步,函式b的作用域鏈被設定為b所被定義的環境,即a的作用域。

到此,整個函式a從定義到執行的步驟就完成了。此時a返回函式b的引用給c,又函式b的作用域鏈包含了對函式a的活動物件的引用,也就是說b可以訪問到a中定義的所有變數和函式。函式b被c引用,函式b又依賴函式a,因此函式a在返回後不會被GC回收。

當函式b執行的時候亦會像以上步驟一樣。因此,執行時b的作用域鏈包含了3個物件:b的活動物件、a的活動物件和window物件,如下圖所示:

如圖所示,當在函式b中訪問一個變數的時候,搜尋順序是:

  1. 先搜尋自身的活動物件,如果存在則返回,如果不存在將繼續搜尋函式a的活動物件,依次查詢,直到找到為止。
  2. 如果函式b存在prototype原型物件,則在查詢完自身的活動物件後先查詢自身的原型物件,再繼續查詢。這就是Javascript中的變數查詢機制。
  3. 如果整個作用域鏈上都無法找到,則返回undefined。

小結,本段中提到了兩個重要的詞語:函式的定義執行。文中提到函式的作用域是在定義函式時候就已經確定,而不是在執行的時候確定(參看步驟1和3)。用一段程式碼來說明這個問題:

function f(x) { 
  var g = function () { return x; }
  return g;
}
var h = f(1);
alert(h()); 

這段程式碼中變數h指向了f中的那個匿名函式(由g返回)。

  • 假設函式h的作用域是在執行alert(h())確定的,那麼此時h的作用域鏈是:h的活動物件->alert的活動物件->window物件。
  • 假設函式h的作用域是在定義時確定的,就是說h指向的那個匿名函式在定義的時候就已經確定了作用域。那麼在執行的時候,h的作用域鏈為:h的活動物件->f的活動物件->window物件。

如果第一種假設成立,那輸出值就是undefined;如果第二種假設成立,輸出值則為1。

執行結果證明了第2個假設是正確的,說明函式的作用域確實是在定義這個函式的時候就已經確定了