JS入門難點解析5-變量對象

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1. 執行上下文(執行環境)

在前篇JS入門難點解析4-執行上下文棧中講到,當 JavaScript 代碼執行一段可執行代碼(executable code)時,會創建對應的執行上下文(execution context),或者說是執行環境。
我們看下《JavaScript高級程序設計》中對執行上下文的解釋:

執行環境(execution context, 為簡單起見,有時也稱環境)是JavaScript 中最為重要的一個概念。執行環境定義了變量或函數有權訪問的其他數據,決定了它們各自的行為。每個執行環境都有一個與之關聯的變量對象(variable object),環境中定義的所有變量和函數都保存在這個對象中。雖然我們編寫的代碼無法訪問這個對象。但解析器在處理數據時會在后臺使用它。

對于每個執行上下文,都有三個重要屬性:

  • 變量對象(Variable object,VO)
  • 作用域鏈(Scope chain)
  • this
    我們將用三篇文章依次探討這三個屬性。首先來看一下變量對象。

2. 變量對象

變量對象是與執行上下文相關的數據作用域,存儲了在執行上下文中定義的變量和函數聲明。
不同執行上下文下的變量對象稍有不同,我們主要看一下全局上下文下的變量對象和函數上下文下的變量對象。

3.全局執行上下文

我們先來看一下《JavaScript高級程序設計》中對全局執行上下文的說明:

全局執行環境是最外圍的一個執行環境。根據ECMAScript實現所在的宿主環境不同,表示執行環境的對象也不一樣。在Web瀏覽器中,全局執行環境被認為是window對象,因此所有全局變量和函數都是作為window對象的屬性和方法創建的。某個執行環境中的所有代碼執行完畢后,該環境被銷毀,保存在其中的所有變量和函數定義也隨之銷毀(全局執行環境直到應用程序退出——例如關閉網頁或瀏覽器——時才會被銷毀)。

再來看W3CSchool中對全局對象的描述:

全局對象是預定義的對象,作為 JavaScript 的全局函數和全局屬性的占位符。通過使用全局對象,可以訪問所有其他所有預定義的對象、函數和屬性。全局對象不是任何對象的屬性,所以它沒有名稱。

在頂層 JavaScript 代碼中,可以用關鍵字 this 引用全局對象。但通常不必用這種方式引用全局對象,因為全局對象是作用域鏈的頭,這意味著所有非限定性的變量和函數名都會作為該對象的屬性來查詢。例如,當JavaScript 代碼引用 parseInt() 函數時,它引用的是全局對象的 parseInt 屬性。全局對象是作用域鏈的頭,還意味著在頂層 JavaScript 代碼中聲明的所有變量都將成為全局對象的屬性。

全局對象只是一個對象,而不是類。既沒有構造函數,也無法實例化一個新的全局對象。

在 JavaScript 代碼嵌入一個特殊環境中時,全局對象通常具有環境特定的屬性。實際上,ECMAScript 標準沒有規定全局對象的類型,JavaScript 的實現或嵌入的 JavaScript 都可以把任意類型的對象作為全局對象,只要該對象定義了這里列出的基本屬性和函數。例如,在允許通過 LiveConnect 或相關的技術來腳本化 Java 的 JavaScript 實現中,全局對象被賦予了這里列出的 java 和 Package 屬性以及 getClass() 方法。而在客戶端 JavaScript 中,全局對象就是 Window 對象,表示允許 JavaScript 代碼的 Web 瀏覽器窗口。

所以,全局上下文中的變量對象就是全局對象。在Web中,全局對象就是WIndow對象。其具有以下特性:

  1. 可以通過 this 引用,在客戶端 JavaScript 中,全局對象就是 Window 對象。
console.log(this);  // Window {postMessage: ?, blur: ?, focus: ?, close: ?, frames: Window, …}
  1. 全局對象是由 Object 構造函數實例化的一個對象。
console.log(this instanceof Object);   // true
  1. 預定義了一堆函數和屬性。
// 都能生效
console.log(Math.random());
console.log(this.Math.random());
  1. 作為全局變量的宿主。
var a = 1;
console.log(this.a);  // 1
  1. 客戶端 JavaScript 中,全局對象有 window 屬性指向自身。
var a = 1;
console.log(window.a);  // 1
this.window.b = 2;
console.log(this.b);  // 2

4. 函數執行上下文

我們先來看一下《JavaScript高級程序設計》中對函數執行上下文的說明:

每個函數都有自己的執行環境。當執行流進入一個函數時,函數的環境就會被推入一個環境棧中。而在函數執行完之后,棧將其環境彈出。把控制權返回給之前的執行環境。ECMAScript中的程序執行流正是由這個方便的機制控制著。

當代碼在一個環境中執行時,會創建變量對象的一個作用域鏈(scope chain)。作用域鏈的用途,是保證對執行環境有權訪問的所有變量和函數的有序訪問。作用域鏈的前端,始終都是當前執行的代碼所在環境的變量對象。如果這個環境是函數,則將其活動對象(active object)作為變量對象。活動對象在最開始時只包含一個變量,即arguments對象(這個對象在全局環境中是不存在的)。作用域鏈中的下一個變量對象來自包含(外部)環境,而再下一個變量來自下一個包含環境。這樣,一直延續到全局執行環境;全局環境的變量對象始終都是作用域鏈中的最后一個對象。

標識符解析是沿著作用域鏈一級一級地搜索標識符的過程。搜索過程始終從作用域鏈的前端開始,然后逐級地向后回溯,直至找到標識符為止(如果找不到標識符,通常會導致錯誤發生)。

在函數上下文中,我們用活動對象(activation object, AO)來表示變量對象。

活動對象和變量對象其實是一個東西,只是變量對象是規范上的或者說是引擎實現上的,不可在 JavaScript 環境中訪問,只有到當進入一個執行上下文中,這個執行上下文的變量對象才會被激活,所以才叫 activation object ,而只有被激活的變量對象,也就是活動對象上的各種屬性才能被訪問。

活動對象是在進入函數上下文時刻被創建的,它通過函數的 arguments 屬性初始化。arguments 屬性值是 Arguments 對象。

5. 執行過程

執行上下文的代碼會分成兩個階段進行處理:分析和執行,我們也可以叫做:

  1. 執行上下文準備階段
  2. 代碼執行階段

5.1 執行上下文準備階段

當進入執行上下文時,這時候還沒有執行代碼,執行上下文會進行準備工作。

變量對象會包括:

  1. 函數的所有形參 (如果是函數上下文)
  • 由名稱和對應值組成的一個變量對象的屬性被創建
  • 沒有實參,屬性值設為 undefined
  1. 函數聲明
  • 由名稱和對應值(函數對象(function-object))組成一個變量對象的屬性被創建
  • 如果變量對象已經存在相同名稱的屬性,則完全替換這個屬性
  1. 變量聲明
  • 由名稱和對應值(undefined)組成一個變量對象的屬性被創建;
  • 如果變量名稱跟已經聲明的形式參數或函數相同,則變量聲明不會干擾已經存在的這類屬性

舉個例子:

function foo(a) {
  var b = 2;
  function c() {}
  var d = function() {};
  b = 3;
}
foo(1);

在進入執行上下文后,這時候的 AO 是:

AO = {
    arguments: {
        0: 1,
        length: 1
    },
    a: 1,
    b: undefined,
    c: reference to function c(){},
    d: undefined
}

5.2 代碼執行階段

在代碼執行階段,會順序執行代碼,根據代碼,修改變量對象的值。
還是上面的例子,當代碼執行完后,這時候的 AO 是:

AO = {
    arguments: {
        0: 1,
        length: 1
    },
    a: 1,
    b: 3,
    c: reference to function c(){},
    d: reference to FunctionExpression "d"
}

到這里變量對象的創建過程就介紹完了,讓我們簡潔的總結我們上述所說:

  1. 全局上下文的變量對象初始化是全局對象。
  2. 函數上下文的變量對象初始化只包括 Arguments 對象。
  3. 在執行上下文準備階段會給變量對象添加形參、函數聲明、變量聲明等初始的屬性值。
  4. 在代碼執行階段,會再次修改變量對象的屬性值。

6. 思考題

最后讓我們看幾個例子:

  1. 第一題
function foo() {
    console.log(a);
    a = 1;
}

foo(); // ???

function bar() {
    b = 1;
    console.log(b);
}
bar(); // ???

第一段會報錯:Uncaught ReferenceError: a is not defined。
第二段會打?。?。
這是因為函數中的 "a" 并沒有通過 var 關鍵字聲明,所有不會被存放在 AO 中。
第一段執行 console 的時候, AO 的值是:

AO = {
    arguments: {
        length: 0
    }
}

沒有 a 的值,然后就會到全局去找,全局也沒有,所以會報錯。
當第二段執行 console 的時候,全局對象已經被賦予了 b 屬性,這時候就可以從全局找到 b 的值,所以會打印 1。
所以,需要注意的是,這里由于a不是用var去聲明的,并沒有進行變量提升。如果是變量提升,會打?。簎ndefined。此處,a能成為全局變量是由于LHS,所以代碼需要執行到a=1,其才能成為全局變量。(詳見JS入門難點解析3-作用域)。

  1. 第二題
console.log(foo);

function foo(){
    console.log("foo");
}
var foo = 1;

會打印函數,而不是 undefined 。
這是因為在進入執行上下文時,首先會處理函數聲明,其次會處理變量聲明,如果變量名稱跟已經聲明的形式參數或函數相同,則變量聲明不會干擾已經存在的這類屬性。這其實也就是變量提升與函數提升的本質所在

參考

JavaScript深入之變量對象
BOOK-《JavaScript高級程序設計(第3版)》

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