执行上下文其三:闭包 Closures

理论上ECMAScript中所有函数都是闭包
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闭包(Closures)

在ECMAScript中,函数是“第一类”对象。这个名词意味着函数可以作为参数被传递给其他函数使用 (在这种情况下,函数被称为“funargs”——“functional arguments”的缩写[译注:这里不知翻译为泛函参数是否恰当])。接收“funargs”的函数被称之为 高阶函数(higher-order functions) ,或者更接近数学概念的话,被称为 运算符(operators) 。其他函数的运行时也会返回函数,这些返回的函数被称为 function valued 函数 (有 functional value 的函数)。

“funargs”与“functional values”有两个概念上的问题,这两个子问题被称为“Funarg problem” (“泛函参数问题”)。要准确解决泛函参数问题,需要引入 闭包(closures) 到的概念。让我们仔细描述这两个问题(我们可以见到,在ECMAScript中使用了函数的[[Scope]]属性来解决这个问题)。

“funarg problem”的一个子问题是“upward funarg problem”[译注:或许可以翻译为:向上查找的函数参数问题]。当一个函数从其他函数返回到外部的时候,这个问题将会出现。要能够在外部上下文结束时,进入外部上下文的变量,内部函数 在创建的时候(at creation moment) 需要将之存储进[[Scope]]属性的父元素的作用域中。然后当函数被激活时,上下文的作用域链表现为激活对象与[[Scope]]属性的组合(事实上,可以在上图见到):

Scope chain = Activation object + [[Scope]]
作用域链 = 活动对象 + [[Scope]]

请注意,最主要的事情是——函数在被创建时保存外部作用域,是因为这个 被保存的作用域链(saved scope chain) 将会在未来的函数调用中用于变量查找。

function foo() {
  var x = 10;
  return function bar() {
    console.log(x);
  };
}
 
// "foo"返回的也是一个function
// 并且这个返回的function可以随意使用内部的变量x
 
var returnedFunction = foo();
 
// 全局变量 "x"
var x = 20;
 
// 支持返回的function
returnedFunction(); // 结果是10而不是20

这种形式的作用域称为静态作用域[static/lexical scope]。上面的x变量就是在函数bar的[[Scope]]中搜寻到的。理论上来说,也会有动态作用域[dynamic scope], 也就是上述的x被解释为20,而不是10. 但是EMCAScript不使用动态作用域。

“funarg problem”的另一个类型就是自上而下[”downward funarg problem”].在这种情况下,父级的上下会存在,但是在判断一个变量值的时候会有多义性。也就是,这个变量究竟应该使用哪个作用域。是在函数创建时的作用域呢,还是在执行时的作用域呢?为了避免这种多义性,可以采用闭包,也就是使用静态作用域。

请看下面的例子:

// 全局变量 "x"
var x = 10;
 
// 全局function
function foo() {
  console.log(x);
}
 
(function (funArg) {
 
  // 局部变量 "x"
  var x = 20;
 
  // 这不会有歧义
  // 因为我们使用"foo"函数的[[Scope]]里保存的全局变量"x",
  // 并不是caller作用域的"x"
 
  funArg(); // 10, 而不是20
 
})(foo); // 将foo作为一个"funarg"传递下去

从上述的情况,我们似乎可以断定,在语言中,使用静态作用域是闭包的一个强制性要求。不过,在某些语言中,会提供动态和静态作用域的结合,可以允许开发员选择哪一种作用域。但是在ECMAScript中,只采用了静态作用域。所以ECMAScript完全支持使用[[Scope]]的属性。我们可以给闭包得出如下定义:

A closure is a combination of a code block (in ECMAScript this is a function) and statically/lexically saved all parent scopes.Thus, via these saved scopes a function may easily refer free variables.

闭包是一系列代码块(在ECMAScript中是函数),并且静态保存所有父级的作用域。通过这些保存的作用域来搜寻到函数中的自由变量。

请注意,因为每一个普通函数在创建时保存了[[Scope]],理论上,ECMAScript中所有函数都是闭包。

还有一个很重要的点,几个函数可能含有相同的父级作用域(这是一个很普遍的情况,例如有好几个内部或者全局的函数)。在这种情况下,在[[Scope]]中存在的变量是会共享的。一个闭包中变量的变化,也会影响另一个闭包的。

function baz() {
  var x = 1;
  return {
    foo: function foo() { return ++x; },
    bar: function bar() { return --x; }
  };
}
 
var closures = baz();
 
console.log(
  closures.foo(), // 2
  closures.bar()  // 1
);

上述代码可以用这张图来表示:

共享的[[Scope]]

在某个循环中创建多个函数时,上图会引发一个困惑。如果在创建的函数中使用循环变量(如”k”),那么所有的函数都使用同样的循环变量,导致一些程序员经常会得不到预期值。现在清楚为什么会产生如此问题了——因为所有函数共享同一个[[Scope]],其中循环变量为最后一次复赋值。

var data = [];
 
for (var k = 0; k < 3; k++) {
  data[k] = function () {
    alert(k);
  };
}
 
data[0](); // 3, but not 0
data[1](); // 3, but not 1
data[2](); // 3, but not 2

有一些用以解决这类问题的技术。其中一种技巧是在作用域链中提供一个额外的对象,比如增加一个函数:

var data = [];
 
for (var k = 0; k < 3; k++) {
  data[k] = (function (x) {
    return function () {
      alert(x);
    };
  })(k); // 将k当做参数传递进去
}
 
// 结果正确
data[0](); // 0
data[1](); // 1
data[2](); // 2

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