什么是作用域和执行上下文

说到 Javascript 中的作用域,通常一同出现的还有一个执行上下文(execution context)的概念,以前我在网上搜索相关的内容总是理不清这两者的关系。似乎函数,作用域,执行上下文这三者天生就是纠缠在一起的。为了获得一手的资料我翻看了 ES6 规范,把他们到底是什么梳理了一下:

作用域

首先我们来说下作用域,简单来说作用域就是一个区域,包含了其中变量,常量,函数等等定义信息和赋值信息,以及这个区域内代码书写的结构信息。作用域可以嵌套。我们通常知道 js 中函数的定义可以产生作用域,下面我们用具体代码来示例下:

clipboard.png

全局作用域(global scope)里面定义了两个变量,一个函数。walk 函数生成的作用域里面定义了一个变量,两个函数。innerFunc 和 anotherInnerFunc 这两个函数生成的作用域里面分别定义了一个变量。在规范中作用域更官方的叫法是词法环境(Lexical Environments)。什么意思?就是作用域包含哪些内容取决于你代码怎么写,你把定义 go 变量写在了 walk 函数里面,那么 go 变量就属于 walk 函数作用域。

作用域其实由两部分组成:

  1. 记录作用域内变量信息(我们假设变量,常量,函数等统称为变量)和代码结构信息的东西,称之为 Environment Record。

  2. 一个引用 __outer__,这个引用指向当前作用域的父作用域。拿上面代码为例。innerFunc 的函数作用域有一个引用指向 walk 函数作用域,walk 函数作用域有一个引用指向全局作用域。全局作用域的 __outer__ 为 null。

变量查找(ResolveBinding):

规范中定义了查找一个变量的过程:先查看当前作用域里面的 Environment Record 是否有此变量的信息,如果找到了,则返回当前作用域内的这个变量。如果没有查找到,则顺着 __outer__ 到父作用域里面的 Environment Record 查找,以此递归。所以我们通常所说的函数内同名变量遮蔽全局变量就是这么回事。不过如果你在变量查找的时候指定某个作用域中的 Environment Record,那么也是可以的,譬如:window.name 【其实 window 对象就是全局作用域的 Environment Record 对象,但是普通函数作用域的 Environment Record 对象是获取不到的】。

生成作用域的语法:
  1. 函数声明

function f() {
  var inner = 'inner';
  console.log( inner );
}
f(); // inner;
console.log( inner ); // Uncaught ReferenceError: inner is not defined
  1. catch 语句

try {
  throw new Error( 'customized error' );
} catch( err ) {
  var iamnoterror = 'not error';
  console.log( iamnoterror ); // not error
  console.log( err ); // Error: customized error
}
console.log( iamnoterror ); // not error
console.log( err ); // Uncaught ReferenceError: e is not defined

这里特别指出的是 catch 语句生成的作用域只会框住参数部分的变量(err),使其不能在外面访问。对于 catch 语句体里面声明的变量并不起作用。我们看规范里面怎么说:

For each element argName of the BoundNames of CatchParameter, do

  1. Perform catchEnv.CreateMutableBinding(argName).

catchEvn 就是 catch 语句生成的作用域,但是这个作用域只保存参数列表中的变量(CreateMutableBinding(argName))。

  1. 语句块

if ( true ) {
  let bv = 'bv';
  const B_C = 'BC';
  let blockFunc = function() {}
  function notBlockFunc() {}

  console.log( bv ); // bv
  console.log( B_C ); // BC
  console.log( notBlockFunc ); // function notBlockFunc() {}
  console.log( blockFunc ); // function () {}
  
}
console.log( bv ); // Uncaught ReferenceError: bv is not defined
console.log( B_C ); // Uncaught ReferenceError: B_C is not defined
console.log( notBlockFunc ); // function notBlockFunc() {}
console.log( blockFunc ); // ReferenceError: blockFunc is not defined

语句块 {} 会生成一个新的作用域,但是这个作用域只绑定块级变量,常量等,即 let,const 声明的属于块级作用域,而 var 声明的还是属于块级作用域的父作用域。

执行上下文

接下来我们说下执行上下文(execution context),执行上下文是用于跟踪代码的运行情况,其特征如下:

  1. 一段代码块对应一个执行上下文,被封装成函数的代码被视作一段代码块,或者“全局作用域”也被视作一段代码块。

  2. 当程序运行,进入到某段代码块时,一个新的执行上下文被创建,并被放入一个 stack 中。当程序运行到这段代码块结尾后,对应的执行上下文被弹出 stack。

  3. 当程序在某段代码块中运行到某个点需要转到了另一个代码块时(调用了另一个函数),那么当前的可执行上下文的状态会被置为挂起,然后生成一个新的可执行上下文放入 stack 的顶部。

  4. stack 最顶部的可执行上下文被称为 running execution context。当顶部的可执行上下文被弹出后,上一个挂起的可执行上下文继续执行。

我们用代码来示例下(从 outer 调用到 level1 调用,再逐层返回):

clipboard.png

执行上下文对象的内部属性:

  • [[code evaluation]]:当前代码块执行的状态:prerform,suspend,resume。

  • [[Function]]:如果当前执行上下文对应的是一个函数,那么这个属性就保存的这个函数对象。如果对应的是全局环境(可以是一个 script 或者 module),属性值是 null。

  • [[Real]]:类似与沙箱的概念?(我还没有看懂,不过不太影响此篇的内容)。

如果程序执行到某个点抛出异常了,那么我们可以用这个记录执行上下文的 stack 来追踪到底哪里出错了,可以看到整个调用栈,此时内部属性 [[Function]] 就起到作用了:

clipboard.png

作用域和执行上下文的关系

其实大家看下作用域和执行上下文各自的职责,你会发现他们几乎是没有啥交集的。那么为啥通常两者会被同时提到呢?因为在一个函数被执行时,创建的执行上下文对象除了保存了些代码执行的信息,还会把当前的作用域保存在执行上下文中。所以它们的关系只是存储关系。

再谈变量查找(ResolveBinding):

结合作用域和执行上下文,我们再来看下变量查找的过程。其实第一步不是到作用域里面找 Environment Record,而是先从当前的执行上下文中找保存的作用域(对象),然后再是通过作用域链向上查找变量。而且同一个执行上下文保存的作用域(对象)是可变的,当代码在同一个执行上下文中执行的时候,如果碰到有必要生成一个新作用域的时候,这个新的作用域会被添加到作用域链的头部,然后执行上下文就保存的作用域对象就更新成这个新的作用域。等这个新的作用域生命周期完成后,作用域链又会恢复到之前的状况,然后执行上下文保存的作用域也会恢复成之前的。示例:

clipboard.png

this

稍微提下,我看到网上有把执行上下文等同于 this 的文章,其实 this 的值是通过当前执行上下文中保存的作用域(对象)来获取到的,规范如下。

ResolveThisBinding ( )
The abstract operation ResolveThisBinding determines the binding of the keyword this using the LexicalEnvironment of the running execution context. ResolveThisBinding performs the following steps:

  1. Let envRec be GetThisEnvironment( ).

  2. Return envRec.GetThisBinding().

我接下来会要总结函数作为普通函数和作为构造函数被调用时的区别,那个时候应该会对 this 有更深入的解释。

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