對於初學者來說,理解Javascript閉包(closure)還是比較困難的,而撰寫此文的目的就是用最通俗的文字揭開Javascript閉包的真實面目,讓初學者理解起來更加容易一些。
一、什麼是閉包?
“官方”的解釋是:閉包是一個擁有許多變量和綁定了這些變量的環境的表達式(通常是一個函數),因而這些變量也是該表達式的一部分。相信很少有人能直接看懂這句話,因為他描述的太學術。
其實這句話通俗的來說就是:JavaScript中所有的function都是一個閉包。不過一般來說,嵌套的function所產生的閉包更為強大,也是大部分時候我們所謂的“閉包”。看下面這段代碼:
復制代碼 代碼如下:
function a() {
var i = 0;
function b() {
alert(++i);
}
return b;
}
var c = a();
c();
這段代碼有兩個特點:
1. 函數b嵌套在函數a內部。
2. 函數a返回函數b。
這樣在執行完var c=a()後,變量c實際上是指向了函數b,b中用到了變量i,再執行c()後就會彈出一個窗口顯示i的值(第一次為1)。這段代碼其實就創建了一個閉包,為什麼?因為函數a外的變量c引用了函數a內的函數b,就是說:
當函數a的內部函數b被函數a外的一個變量引用的時候,就創建了一個我們通常所謂的“閉包”。讓我們說的更透徹一些。所謂“閉包”,就是在構造函數體內定義另外的函數作為目標對象的方法函數,而這個對象的方法函數反過來引用外層外層函數體中的臨時變量。
這使得只要目標對象在生存期內始終能保持其方法,就能間接保持原構造函數體當時用到的臨時變量值。盡管最開始的構造函數調用已經結束,臨時變量的名稱也都消失了,但在目標對象的方法內卻始終能引用到該變量的值,而且該值只能通這種方法來訪問。
即使再次調用相同的構造函數,但只會生成新對象和方法,新的臨時變量只是對應新的值,和上次那次調用的是各自獨立的。為了更深刻的理解閉包,下面讓我們繼續探索閉包的作用和效果。
二、閉包有什麼作用和效果? 簡而言之,閉包的作用就是在a執行完並返回後,閉包使得Javascript的垃圾回收機制GC不會收回a所占用的資源,因為a的內部函數b的執行需要依賴a中的變量。這是對閉包作用的非常直白的描述,不專業也不嚴謹,但大概意思就是這樣,理解閉包需要循序漸進的過程。
在上面的例子中,由於閉包的存在使得函數a返回後,a中的i始終存在,這樣每次執行c(),i都是自加1後alert出i的值。那麼我們來想象另一種情況,如果a返回的不是函數b,情況就完全不同了。
因為a執行完後,b沒有被返回給a的外界,只是被a所引用,而此時a也只會被b引用,因此函數a和b互相引用但又不被外界打擾(被外界引用),函數a和b就會被GC回收。(關於Javascript的垃圾回收機制將在後面詳細介紹)
三、閉包的微觀世界 如果要更加深入的了解閉包以及函數a和嵌套函數b的關系,我們需要引入另外幾個概念:函數的執行環境(excution context)、活動對象(call object)、作用域(scope)、作用域鏈(scope chain)。以函數a從定義到執行的過程為例闡述這幾個概念。
1. 當定義函數a的時候,js解釋器會將函數a的作用域鏈(scope chain)設置為定義a時a所在的“環境”,如果a是一個全局函數,則scope chain中只有window對象。
2. 當執行函數a的時候,a會進入相應的執行環境(excution context)。
3. 在創建執行環境的過程中,首先會為a添加一個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. 然後執行環境會創建一個活動對象(call object)。活動對象也是一個擁有屬性的對象,但它不具有原型而且不能通過JavaScript代碼直接訪問。創建完活動對象後,把活動對象添加到a的作用域鏈的最頂端。此時a的作用域鏈包含了兩個對象:a的活動對象和window對象。
5. 下一步是在活動對象上添加一個arguments屬性,它保存著調用函數a時所傳遞的參數。
6. 最後把所有函數a的形參和內部的函數b的引用也添加到a的活動對象上。在這一步中,完成了函數b的的定義,因此如同第3步,函數b的作用域鏈被設置為b所被定義的環境,即a的作用域。
到此,整個函數a從定義到執行的步驟就完成了。此時a返回函數b的引用給c,又函數b的作用域鏈包含了對函數a的活動對象的引用,也就是說b可以訪問到a中定義的所有變量和函數。函數b被c引用,函數b又依賴函數a,因此函數a在返回後不會被GC回收。
當函數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個對象:b的活動對象、a的活動對象和window對象,當在函數b中訪問一個變量的時候,搜索順序是:
1. 先搜索自身的活動對象,如果存在則返回,如果不存在將繼續搜索函數a的活動對象,依次查找,直到找到為止。
2. 如果函數b存在prototype原型對象,則在查找完自身的活動對象後先查找自身的原型對象,再繼續查找。這就是Javascript中的變量查找機制。
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:函數的定義與執行。文中提到函數的作用域是在定義函數時候就已經確定,而不是在執行的時候確定(參看步驟1和3)。用一段代碼來說明這個問題:
復制代碼 代碼如下:
function f(x) {
var g = function () { return x; }
return g;
}
var h = f(1);
alert(h());
這段代碼中變量h指向了f中的那個匿名函數(由g返回)。
◆假設函數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的活動對象->alert的活動對象->window對象。
◆假設函數h的作用域實在定義時確定的,就是說h指向的那個匿名函數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的活動對象->f的活動對象->window對象。
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。 運行結果證明了第2個假設是正確的,說明函數的作用域確實是在定義這個函數的時候就已經確定了。
四、閉包的應用場景
1. 保護函數內的變量安全。以最開始的例子為例,函數a中i只有函數b才能訪問,而無法通過其他途徑訪問到,因此保護了i的安全性。
2. 在內存中維持一個變量。依然如前例,由於閉包,函數a中i的一直存在於內存中,因此每次執行c(),都會給i自加1。
3. 通過保護變量的安全實現JS私有屬性和私有方法(不能被外部訪問)推薦閱讀:http://javascript.crockford.com/private.html。私有屬性和方法在Constructor外是無法被訪問的:
復制代碼 代碼如下:
function Constructor(...) {
var that = this;
var membername = value;
function membername(...) {...}
}
以上3點是閉包最基本的應用場景,很多經典案例都源於此。
五、Javascript的垃圾回收機制 在Javascript中,如果一個對象不再被引用,那麼這個對象就會被GC回收。如果兩個對象互相引用,而不再被第3者所引用,那麼這兩個互相引用的對象也會被回收。因為函數a被b引用,b又被a外的c引用,這就是為什麼函數a執行後不會被回收的原因。
六、結語 理解JavaScript的閉包是邁向高級JS程序員的必經之路,理解了其解釋和運行機制才能寫出更為安全和優雅的代碼。