深入Javascript函数与闭包(执行环境、变量对象与作用域链)使用详解


前言. 闭包的理论

　　首先必须了解以下几个概念：

　　执行环境

　　每调用一个函数时（执行函数时），系统会为该函数创建一个封闭的局部的运行环境，即该函数的执行环境。函数总是在自己的执行环境中执行，如读写局部变量、函数参数、运行内部逻辑。创建执行环境的过程包含了创建函数的作用域，函数也是在自己的作用域下执行的。从另一个角度说，每个函数执行环境都有一个作用域链，子函数的作用域链包括它的父函数的作用域链。关于作用域、作用域链请看下面。

　　作用域、作用域链、调用对象

　　函数作用域分为词法作用域和动态作用域。

　　词法作用域是函数定义时的作用域，即静态作用域。当一个函数定义时，他的词法作用域就确定了，词法作用域说明的是在函数结构的嵌套关系下，函数作用的范围。这个时候也就形成了该函数的作用域链。作用域链就是把这些具有嵌套层级关系的作用域串联起来。函数的内部[[scope]]属性指向了该作用域链。

　　动态作用域是函数调用执行时的作用域。当一个函数被调用时，首先将函数内部[[scope]]属性指向了函数的作用域链，然后会创建一个调用对象，并用该调用对象记录函数参数和函数的局部变量，将其置于作用域链顶部。动态作用域就是通过把该调用对象加到作用域链的顶部来创建的，此时的[[scope]]除了具有定义时的作用域链，还具有了调用时创建的调用对象。换句话说，执行环境下的作用域等于该函数定义时就确定的作用域链加上该函数刚刚创建的调用对象，从而也形成了新的作用域链。所以说是动态的作用域，并且作用域链也随之发生了变化。再看这里的作用域，其实是一个对象链，这些对象就是函数调用时创建的调用对象，以及他上面一层层的调用对象直到最上层的全局对象。　

　　譬如全局环境下的函数A内嵌套了一个函数B，则该函数B的作用域链就是：函数B的作用域—>函数A的作用域—>全局window的作用域。当函数B调用时，寻找某标识符，会按函数B的作用域—>函数A的作用域—>全局window的作用域去寻找，实际上是按函数B的调用对象—>函数A的调用对象—>全局对象这个顺序去寻找的。也就是说当函数调用时，函数的作用域链实际上是调用对象链。

　　闭包

　　在动态执行环境中，数据实时地发生变化，为了保持这些非持久型变量的值，我们用闭包这种载体来存储这些动态数据（看完下面的应用就会很好的体会这句话）。闭包的定义：所谓“闭包”，指的是一个拥有许多变量和绑定了这些变量的环境的表达式（通常是一个函数），因而这些变量也是该表达式的一部分。

　　闭包就是嵌套在函数里面的内部函数，并且该内部函数可以访问外部函数中声明的所有局部变量、参数和其他内部函数。当该内部函数在外部函数外被调用，就生成了闭包。（实际上任何函数都是全局作用域的内部函数，都能访问全局变量，所以都是window的闭包）

一、变量的作用域

要理解闭包，首先必须理解Javascript特殊的变量作用域。

变量的作用域无非就是两种：全局变量和局部变量。

Javascript语言的特殊之处，就在于函数内部可以直接读取全局变量。

Js代码

　　var n=999;

　　function f1(){

　　　　alert(n);

　　}

　　f1(); // 999

另一方面，在函数外部自然无法读取函数内的局部变量。

Js代码

　　function f1(){

　　　　var n=999;

　　}

　　alert(n); // error

这里有一个地方需要注意，函数内部声明变量的时候，一定要使用var命令。如果不用的话，你实际上声明了一个全局变量！

Js代码

　　function f1(){

　　　　n=999;

　　}

　　f1();

　　alert(n); // 999

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二、如何从外部读取局部变量？

出于种种原因，我们有时候需要得到函数内的局部变量。但是，前面已经说过了，正常情况下，这是办不到的，只有通过变通方法才能实现。

那就是在函数的内部，再定义一个函数。

Js代码

　　function f1(){

　　　　n=999;

　　　　function f2(){

　　　　　　alert(n); // 999

　　　　}

　　}

在上面的代码中，函数f2就被包括在函数f1内部，这时f1内部的所有局部变量，对f2都是可见的。但是反过来就不行，f2内部的局部变量，对f1 就是不可见的。这就是Javascript语言特有的“链式作用域”结构（chain scope），

子对象会一级一级地向上寻找所有父对象的变量。所以，父对象的所有变量，对子对象都是可见的，反之则不成立。

既然f2可以读取f1中的局部变量，那么只要把f2作为返回值，我们不就可以在f1外部读取它的内部变量了吗！

Js代码

　　function f1(){

　　　　n=999;

　　　　function f2(){

　　　　　　alert(n);

　　　　}

　　　　return f2;

　　}

　　var result=f1();

　　result(); // 999

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三、闭包的概念

上一节代码中的f2函数，就是闭包。

各种专业文献上的“闭包”（closure）定义非常抽象，很难看懂。我的理解是，闭包就是能够读取其他函数内部变量的函数。

由于在Javascript语言中，只有函数内部的子函数才能读取局部变量，因此可以把闭包简单理解成“定义在一个函数内部的函数”。

所以，在本质上，闭包就是将函数内部和函数外部连接起来的一座桥梁。

--------------------------------------------------------------------------------------------------------b

四、闭包的用途

闭包可以用在许多地方。它的最大用处有两个，一个是前面提到的可以读取函数内部的变量，另一个就是让这些变量的值始终保持在内存中。

怎么来理解这句话呢？请看下面的代码。

Js代码

　　function f1(){

　　　　var n=999;

　　　　nAdd=function(){n+=1}

　　　　function f2(){

　　　　　　alert(n);

　　　　}

　　　　return f2;

　　}

　　var result=f1();

　　result(); // 999

　　nAdd();

　　result(); // 1000

在这段代码中，result实际上就是闭包f2函数。它一共运行了两次，第一次的值是999，第二次的值是1000。这证明了，函数f1中的局部变量n一直保存在内存中，并没有在f1调用后被自动清除。

为什么会这样呢？原因就在于f1是f2的父函数，而f2被赋给了一个全局变量，这导致f2始终在内存中，而f2的存在依赖于f1，因此f1也始终在内存中，不会在调用结束后，被垃圾回收机制（garbage collection）回收。

这段代码中另一个值得注意的地方，就是“nAdd=function(){n+=1}”这一行，首先在nAdd前面没有使用var关键字，因此 nAdd是一个全局变量，而不是局部变量。其次，nAdd的值是一个匿名函数（anonymous function），而这个

匿名函数本身也是一个闭包，所以nAdd相当于是一个setter，可以在函数外部对函数内部的局部变量进行操作。

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五、使用闭包的注意点

1）由于闭包会使得函数中的变量都被保存在内存中，内存消耗很大，所以不能滥用闭包，否则会造成网页的性能问题，在IE中可能导致内存泄露。解决方法是，在退出函数之前，将不使用的局部变量全部删除。

2）闭包会在父函数外部，改变父函数内部变量的值。所以，如果你把父函数当作对象（object）使用，把闭包当作它的公用方法（Public Method），把内部变量当作它的私有属性（private value），这时一定要小心，不要随便

改变父函数内部变量的值。

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六、思考题

如果你能理解下面代码的运行结果，应该就算理解闭包的运行机制了。

Js代码

　　var name = "The Window";

　　var object = {

　　　　name : "My Object",

　　　　getNameFunc : function(){

　　　　　　return function(){

　　　　　　　　return this.name;

　　　　　};

　　　　}

};

alert(object.getNameFunc()()); //The Window

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JavaScript闭包例子

function outerFun()

{

var a=0;

function innerFun()

{

a++;

alert(a);

}

}

innerFun()

上面的代码是错误的.innerFun()的作用域在outerFun()内部,所在outerFun()外部调用它是错误的.

改成如下,也就是闭包:

Js代码

function outerFun()

{

var a=0;

function innerFun()

{

a++;

alert(a);

}

return innerFun; //注意这里

}

var obj=outerFun();

obj(); //结果为1

obj(); //结果为2

var obj2=outerFun();

obj2(); //结果为1

obj2(); //结果为2

什么是闭包:

当内部函数 在定义它的作用域 的外部 被引用时,就创建了该内部函数的闭包 ,如果内部函数引用了位于外部函数的变量,当外部函数调用完毕后,这些变量在内存不会被 释放,因为闭包需要它们.

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再来看一个例子

Js代码

function outerFun()

{

var a =0;

alert(a);

}

var a=4;

outerFun();

alert(a);

结果是 0,4 . 因为在函数内部使用了var关键字 维护a的作用域在outFun()内部.

再看下面的代码:

Js代码

function outerFun()

{

//没有var

a =0;

alert(a);

}

var a=4;

outerFun();

alert(a);

结果为 0,0 真是奇怪,为什么呢?

作用域链是描述一种路径的术语,沿着该路径可以确定变量的值 .当执行a=0时,因为没有使用var关键字,因此赋值操作会沿着作用域链到var a=4; 并改变其值.

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如果你对javascript闭包还不是很理解，那么请看下面转载的文章：(转载:http://www.felixwoo.com/archives/247)

七、闭包内的微观世界

　　如果要更加深入的了解闭包以及函数a和嵌套函数b的关系，我们需要引入另外几个概念：函数的执行环境(excution context)、活动对象(call object)、作用域(scope)、作用域链(scope chain)。以函数a从定义到执行的过程为例阐述这几个概念。

function a(){

var i
= 0;

function b(){
alert(++i);}

return b;

}

var c
= a();

c();

当定义函数a的时候，js解释器会将函数a的作用域链(scope chain)设置为定义a时a所在的“环境”，如果a是一个全局函数，则scope chain中只有window对象。
当执行函数a的时候，a会进入相应的执行环境(excution context)。
在创建执行环境的过程中，首先会为a添加一个scope属性，即a的作用域，其值就为第1步中的scope chain。即a.scope=a的作用域链。
然后执行环境会创建一个活动对象(call object)。活动对象也是一个拥有属性的对象，但它不具有原型而且不能通过JavaScript代码直接访问。创建完活动对象后，把活动对象添加到a的作用域链的最顶端。此时a的作用域链包含了两个对象：a的活动对象和window对象。
下一步是在活动对象上添加一个arguments属性，它保存着调用函数a时所传递的参数。
最后把所有函数a的形参和内部的函数b的引用也添加到a的活动对象上。在这一步中，完成了函数b的的定义，因此如同第3步，函数b的作用域链被设置为b所被定义的环境，即a的作用域。

到此，整个函数a从定义到执行的步骤就完成了。此时a返回函数b的引用给c，又函数b的作用域链包含了对函数a的活动对象的引用，也就是说b可以访问到a中定义的所有变量和函数。函数b被c引用，函数b又依赖函数a，因此函数a在返回后不会被GC回收。

当函数b执行的时候亦会像以上步骤一样。因此，执行时b的作用域链包含了3个对象：b的活动对象、a的活动对象和window对象，如下图所示：



如图所示，当在函数b中访问一个变量的时候，搜索顺序是：

先搜索自身的活动对象，如果存在则返回，如果不存在将继续搜索函数a的活动对象，依次查找，直到找到为止。
如果函数b存在prototype原型对象，则在查找完自身的活动对象后先查找自身的原型对象，再继续查找。这就是Javascript中的变量查找机制。
如果整个作用域链上都无法找到，则返回undefined。

小结，本段中提到了两个重要的词语：函数的定义与执行。文中提到函数的作用域是在定义函数时候就已经确定，而不是在执行的时候确定（参看步骤1和3）。用一段代码来说明这个问题：

function f(x) {
var g = function () { return x; }
return g;
}
var h = f(1);
alert(h());

这段代码中变量h指向了f中的那个匿名函数(由g返回)。

假设函数h的作用域是在执行alert(h())确定的，那么此时h的作用域链是：h的活动对象->alert的活动对象->window对象。
假设函数h的作用域是在定义时确定的，就是说h指向的那个匿名函数在定义的时候就已经确定了作用域。那么在执行的时候，h的作用域链为：h的活动对象->f的活动对象->window对象。

如果第一种假设成立，那输出值就是undefined；如果第二种假设成立，输出值则为1。

运行结果证明了第2个假设是正确的，说明函数的作用域确实是在定义这个函数的时候就已经确定了。

八、闭包的应用场景

保护函数内的变量安全。以最开始的例子为例，函数a中i只有函数b才能访问，而无法通过其他途径访问到，因此保护了i的安全性。

在内存中维持一个变量。依然如前例，由于闭包，函数a中i的一直存在于内存中，因此每次执行c()，都会给i自加1。
通过保护变量的安全实现JS私有属性和私有方法（不能被外部访问）

私有属性和方法在Constructor外是无法被访问的
function Constructor(...){

var that
= this;

var membername
= value;

function membername(...){...}

}

以上3点是闭包最基本的应用场景，很多经典案例都源于此。

九、Javascript的垃圾回收机制



在Javascript中，如果一个对象不再被引用，那么这个对象就会被GC回收。如果两个对象互相引用，而不再被第3者所引用，那么这两个互相引用的对象也会被回收。因为函数a被b引用，b又被a外的c引用，这就是为什么函数a执行后不会被回收的原因。

十、结语

理解JavaScript的闭包是迈向高级JS程序员的必经之路，理解了其解释和运行机制才能写出更为安全和优雅的代码。

更高级的理解 参见 http://www.moye.me/2014/12/29/closure_higher-order-function/