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JavaScript教程:淺析JS運行機制
編輯:關於JavaScript     

從一個簡單的問題談起:

<script type="text/javascript">
    alert(i); // ?
    var i = 1;
</script>

輸出結果是undefined, 這種現象被稱成“預解析”:JavaScript引擎會優先解析var變量和function定義。在預解析完成後,才會執行代碼。如果一個文檔流中包含多個script代碼段(用script標簽分隔的js代碼或引入的js文件),運行順序是:

step1. 讀入第一個代碼段
step2. 做語法分析,有錯則報語法錯誤(比如括號不匹配等),並跳轉到step5
step3. 對var變量和function定義做“預解析”(永遠不會報錯的,因為只解析正確的聲明)
step4. 執行代碼段,有錯則報錯(比如變量未定義)
step5. 如果還有下一個代碼段,則讀入下一個代碼段,重復step2
step6. 結束

上面的分析,已經能解釋很多問題了,但老覺得欠缺點什麼。比如step3裡,“預解析”究竟是怎麼回事?還有step4裡,看下面的例子:

<script type="text/javascript">
    alert(i); // error: i is not defined.
    i = 1;
</script>

為什麼第一句會導致錯誤?JavaScript中,變量不是可以不定義嗎?

編譯過程

時間如白馬過隙,書櫃旁翻開恍如隔世般的《編譯原理》,熟悉而又陌生的空白處有著這樣的筆記:

對於傳統編譯型語言來說,編譯步驟分為:詞法分析、語法分析、語義檢查、代碼優化和字節生成。
但對於解釋型語言來說,通過詞法分析和語法分析得到語法樹後,就可以開始解釋執行了。

簡單地說,詞法分析是將字符流(char stream)轉換為記號流(token stream), 比如將c = a - b;轉換為:

NAME "c"
EQUALS
NAME "a"
MINUS
NAME "b"
SEMICOLON

上面只是示例,更進一步的了解請查看 Lexical Analysis.

《JavaScript權威指南》的第2章,講的就是詞法結構(Lexical Structure),ECMA-262 中也有描述。詞法結構是一門語言的基礎,很容易掌握。至於詞法分析的實現那是另一個研究領域,在此不探究。

可以拿自然語言來類比,詞法分析是一對一的硬性翻譯,比如一段英文,逐詞翻譯成中文,得到的是一堆記號流,還很難理解。進一步的翻譯,就需要語法分析了,下圖是一個條件語句的語法樹:

synttree

構造語法樹的時候,如果發現無法構造,比如if(a { i = 2; }, 就會報語法錯誤,並結束整個代碼塊的解析,這就是本文開頭部分的step2.

通過語法分析,構造出語法樹後,翻譯出來的句子可能還會有模糊不清的地方,接下來還需要進一步的語義檢查。對於傳統強類型語言來說,語義檢查的主要部分是類型檢查,比如函數的實參和形參類型是否匹配。對於弱類型語言來說,這一步可能沒有(精力有限,沒時間去看JS的引擎實現,不敢確定JS引擎中是否有語義檢查這一步)。

通過上面的分析可以看出,對於JavaScript引擎來說,肯定有詞法分析和語法分析,之後可能還有語義檢查、代碼優化等步驟,等這些編譯步驟完成之後(任何語言都有編譯過程,只是解釋型語言沒有編譯成二進制代碼),才會開始執行代碼。

上面的編譯過程,還是無法更深入的解釋文章開頭部分的“預解析”,我們還得仔細探究下JavaScript代碼的執行過程。

執行過程

周愛民在《JavaScript語言精髓與編程實踐》的第二部分,對此有非常仔細的分析。下面是我的一些領悟:

通過編譯,JavaScript代碼已經翻譯成了語法樹,然後會立刻按照語法樹執行。

進一步的執行過程,需要理解JavaScript的作用域機制,JavaScript采用的是詞法作用域(lexcical scope)。通俗地講,就是JavaScript變量的作用域是在定義時決定而不是執行時決定,也就是說詞法作用域取決於源碼,編譯器通過靜態分析就能確定,因此詞法作用域也叫做靜態作用域(static scope)。但需要注意,with和eval的語義無法僅通過靜態技術實現,實際上,只能說JS的作用域機制非常接近lexical scope.

JS引擎在執行每個函數實例時,都會創建一個執行環境(execution context)。execution context中包含一個調用對象(call object), 調用對象是一個scriptObject結構,用來保存內部變量表varDecls、內嵌函數表funDecls、父級引用列表upvalue等語法分析結構(注意:varDecls和funDecls等信息是在語法分析階段就已經得到,並保存在語法樹中。函數實例執行時,會將這些信息從語法樹復制到scriptObject上)。scriptObject是與函數相關的一套靜態系統,與函數實例的生命周期保持一致。

lexical scope是JS的作用域機制,還需要理解它的實現方法,這就是作用域鏈(scope chain)。scope chain是一個name lookup機制,首先在當前執行環境的scriptObject中尋找,沒找到,則順著upvalue到父級scriptObject中尋找,一直lookup到全局調用對象(global object)。

當一個函數實例執行時,會創建或關聯到一個閉包(closure)。 scriptObjec

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