JS入门难点解析9-闭包的深入解析

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1. 简介

闭包,是让很多JS初学者闻之色变的一个概念。每次看过一些书籍或者网上的例子,会感觉自己懂了很多,但又是似懂非懂。这篇文章,我们会结合前面所学,深入探讨一下闭包的原理,让大家从根本上弄明白闭包产生的原因。

2. 定义

关于闭包的定义,是让大家迷惑的第一个点。因为不同书籍,不同的大神对闭包的解读和定义不尽相同。

2.1. 定义一

我们先来看一下《JavaScript高级程序设计》一书中对闭包的的定义:

闭包是指有权访问另一个函数作用域中的变量的函数。创建闭包的常见方式,就是在一个函数内部创建另一个函数。

再来看一下百度百科(百度百科-闭包)中对闭包的定义:

闭包就是能够读取其他函数内部变量的函数。由于在javascript中,只有函数内部的子函数才能读取局部变量,所以闭包可以理解成“定义在一个函数内部的函数“。在本质上,闭包是将函数内部和函数外部连接起来的桥梁。

可以看到,百度百科和《JavaScript高级程序设计》一书对闭包的定义基本相同,即“定义在一个函数内部的函数”。这是目前比较普遍被接受的一个定义。

2.2 定义二

看一下MDN对闭包的定义:

闭包是一个函数和声明该函数的词法环境的组合。从理论角度来说,所有函数都是闭包。

该说法认为“所有函数都是闭包”,是一个很宽泛的概念。

2.3 我对闭包的理解定义

其实,网上还有许多关于闭包的定义。说法各不相同,有从函数定义的角度出发,有从使用的角度出发,众说纷纭,让人无所适从。可是我在此只列举了以上两种定义,为什么呢?是对其余的定义不认同吗?并不是。是因为,对于闭包来讲,我们关注的并不是其定义或者概念,而是一种现象和产生这种现象的机制原理。那就是一个函数被嵌套时,不管在哪里被调用,为什么总能访问其外层嵌套函数作用域的变量?这么说,可能有人不理解,我们举一个简单的例子:

全局A定义函数B,函数B嵌套函数C,函数C嵌套函数D,函数D在C直接执行,或者通过赋值或者返回,在B,A任何一个作用域内被引用,当其执行时,都可以访问C,B,A作用域内定义的变量。(当然,A作为全局作用域,只要程序未销毁,其中定义的变量始终是可以被访问的,所以不做讨论。)

所以,非要让我对闭包下一个定义,我是倾向于定义一的。这其实是分了两个情况:

  1. 被嵌套函数只在当前作用域。
  2. 被嵌套函数在非当前作用域被引用。

对应了两个使用场景:

  1. 被嵌套函数只在当前作用域执行。
  2. 被嵌套函数在非当前作用域被执行。

下面,我们来分析一下这两种情况的深层原因。

3. 深入解析闭包

3.1 被嵌套函数只在当前作用域

对于这种情况,其实在前面文章中我们已经做了很详尽的解释。之所以被嵌套函数有权访问其外层嵌套函数作用域中的变量,是因为作用域链的原因。

看下面这段代码:

function foo() {
    var a = 2;

    function f() {
        console.log(a); // 2
    }

    f();
}

foo();

为什么在f的内部能访问foo作用域的变量a呢?我们讲过,在f执行时,创建f的执行上下文。此时:

fooContext = {
    AO = {
        arguments: {
            length: 0
        },
        a: 2
    },
    Scope: [AO, globalContext.VO],
    this: undefined
};

fContext = {
    AO = {
        arguments: {
            length: 0
        }
    },
    Scope: [AO, fooContext.AO, globalContext.VO],
    this: undefined
};

此时,执行

console.log(a);

会对a进行RHS查找,查找过程是沿着作用域链向上,此时在fooContext.AO找到了a的值为2。

3.2 被嵌套函数在非当前作用域被引用。

发生这种情况,可能是被嵌套函数被当做返回值返回,也可能是直接赋值给了外部的变量。我们来看一下这两种情况。

3.2.1 被嵌套函数被当做返回值返回

看如下这段代码:

function foo() {
    var a = 2;

    function f() {
        console.log(a); // 2
    }

    return f;
}

foo()();

此处的关键节点在于foo的执行结果。我们在return f;处打一个断点,拍一张此时的快照:

ECStack = [
    fooContext,
    globalContext
];

fooContext = {
    AO = {
        arguments: {
            length: 0
        },
        a: 2
    },
    Scope: [AO, globalContext.VO],
    this: undefined
};

f.[[scope]] = fooContext.Scope = [fooContext.AO, globalContext.VO];

然后我们在foo()()处打一个断点,此时foo()已经执行完毕,返回了f,准备执行foo()(),即f()。

ECStack = [
    globalContext
];

f.[[scope]] = fooContext.Scope = [fooContext.AO, globalContext.VO];

此时,fooContext出栈并销毁。但是,关键的一点请注意,虽然foo的执行上下文fooContext销毁了,也不在对其活动对象fooContext.AO有引用了。但是,f.[[scope]]仍然保留有对fooContext.AO的引用,所以,fooContext.AO并没有被销毁,仍然存在于内存中。然后我们再往下走,执行f()

fContext = {
    AO = {
        arguments: {
            length: 0
        }
    },
    Scope: [AO, fooContext.AO, globalContext.VO],
    this: undefined
}

fContext利用f的[[scope]]信息生成了作用域链Scope: [AO, fooContext.AO, globalContext.VO]。此时执行

console.log(a);

的过程与3.1示例相同。

3.2.2 直接赋值给了外部的变量

看下面代码:

var bar;
function foo(){
    var a = 2;
    function f(){
        console.log(a); // 2
    }
   bar = f;
}
foo();
bar();

其实这种情况,和3.2.1的执行原理是一样的。都是因为bar中保留有对foo的执行环境的活动对象的引用。具体的分析过程,大家可以自己尝试一下。

4. 总结

通过这篇文章的分析,我们可以清晰的看到闭包形成的原理,也可以看出闭包为什么可能造成内存被大量占用的原因。这里需要注意的是,只要被嵌套函数被返回或者赋值给了作用域以外的地方,那么在其所有引用执行完毕前,都会造成对其包含函数执行环境的活动对象的持续引用。

参考

深入理解闭包系列第一篇——到底什么才是闭包 深入理解闭包系列第二篇——从执行环境角度看闭包 JavaScript深入之闭包 百度百科-闭包 BOOK-《JavaScript高级程序设计(第3版)》第7章

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