面试官问：能否模拟实现JS的call和apply方法

前言

这是面试官问系列的第三篇，旨在帮助读者提升JS基础知识，包含new、call、apply、this、继承相关知识。
面试官问系列文章如下：感兴趣的读者可以点击阅读。
1.面试官问：能否模拟实现JS的new操作符
2.面试官问：能否模拟实现JS的bind方法
3.面试官问：能否模拟实现JS的call和apply方法
4.面试官问：JS的this指向
5.面试官问：JS的继承

这个系列中第二篇模拟bind方法时是使用的call和apply修改this指向。但面试官可能问：能否不用call和apply来实现呢。意思也就是需要模拟实现call和apply的了。

附上之前写文章写过的一段话：已经有很多模拟实现call和apply的文章，为什么自己还要写一遍呢。学习就好比是座大山，人们沿着不同的路登山，分享着自己看到的风景。你不一定能看到别人看到的风景，体会到别人的心情。只有自己去登山，才能看到不一样的风景，体会才更加深刻。

先通过MDN认识下call和apply

MDN 文档：Function.prototype.call()

语法

fun.call(thisArg, arg1, arg2, ...)

thisArg

在fun函数运行时指定的this值。需要注意的是，指定的this值并不一定是该函数执行时真正的this值，如果这个函数处于非严格模式下，则指定为null和undefined的this值会自动指向全局对象(浏览器中就是window对象)，同时值为原始值(数字，字符串，布尔值)的this会指向该原始值的自动包装对象。

arg1, arg2, ...

指定的参数列表

返回值

返回值是你调用的方法的返回值，若该方法没有返回值，则返回undefined。

MDN 文档：Function.prototype.apply()

func.apply(thisArg, [argsArray])

thisArg

可选的。在 func 函数运行时使用的 this 值。请注意，this可能不是该方法看到的实际值：如果这个函数处于非严格模式下，则指定为 null 或 undefined 时会自动替换为指向全局对象，原始值会被包装。

argsArray

可选的。一个数组或者类数组对象，其中的数组元素将作为单独的参数传给 func 函数。如果该参数的值为 null 或 undefined，则表示不需要传入任何参数。从ECMAScript 5 开始可以使用类数组对象。

返回值

调用有指定this值和参数的函数的结果。
直接先看例子1

call 和 apply 的异同

相同点：

1、call和apply的第一个参数thisArg，都是func运行时指定的this。而且，this可能不是该方法看到的实际值：如果这个函数处于非严格模式下，则指定为 null 或 undefined 时会自动替换为指向全局对象，原始值会被包装。

2、都可以只传递一个参数。

不同点：apply只接收两个参数，第二个参数可以是数组也可以是类数组，其实也可以是对象，后续的参数忽略不计。call接收第二个及以后一系列的参数。

看两个简单例子1和2**：

// 例子1：浏览器环境 非严格模式下
var doSth = function(a, b){
    console.log(this);
    console.log([a, b]);
}
doSth.apply(null, [1, 2]); // this是window  // [1, 2]
doSth.apply(0, [1, 2]); // this 是 Number(0) // [1, 2]
doSth.apply(true); // this 是 Boolean(true) // [undefined, undefined]
doSth.call(undefined, 1, 2); // this 是 window // [1, 2]
doSth.call('0', 1, {a: 1}); // this 是 String('0') // [1, {a: 1}]

// 例子2：浏览器环境 严格模式下
'use strict';
var doSth2 = function(a, b){
    console.log(this);
    console.log([a, b]);
}
doSth2.call(0, 1, 2); // this 是 0 // [1, 2]
doSth2.apply('1'); // this 是 '1' // [undefined, undefined]
doSth2.apply(null, [1, 2]); // this 是 null // [1, 2]

typeof 有7种类型（undefined number string boolean symbol object function），笔者都验证了一遍：更加验证了相同点第一点，严格模式下，函数的this值就是call和apply的第一个参数thisArg，非严格模式下，thisArg值被指定为 null 或 undefined 时this值会自动替换为指向全局对象，原始值则会被自动包装，也就是new Object()。

重新认识了call和apply会发现：它们作用都是一样的，改变函数里的this指向为第一个参数thisArg，如果明确有多少参数，那可以用call，不明确则可以使用apply。也就是说完全可以不使用call，而使用apply代替。

也就是说，我们只需要模拟实现apply，call可以根据参数个数都放在一个数组中，给到apply即可。

模拟实现 apply

既然准备模拟实现apply，那先得看看ES5规范。ES5规范 英文版，ES5规范 中文版。apply的规范下一个就是call的规范，可以点击打开新标签页去查看，这里摘抄一部分。

Function.prototype.apply (thisArg, argArray)

当以 thisArg 和 argArray 为参数在一个 func 对象上调用 apply 方法，采用如下步骤：

1.如果 IsCallable(func) 是 false, 则抛出一个 TypeError 异常。

2.如果 argArray 是 null 或 undefined, 则返回提供 thisArg 作为 this 值并以空参数列表调用 func 的 [[Call]] 内部方法的结果。

3.返回提供 thisArg 作为 this 值并以空参数列表调用 func 的 [[Call]] 内部方法的结果。

4.如果 Type(argArray) 不是 Object, 则抛出一个 TypeError 异常。

5~8 略

9.提供 thisArg 作为 this 值并以 argList 作为参数列表，调用 func 的 [[Call]] 内部方法，返回结果。

apply 方法的 length 属性是 2。

在外面传入的 thisArg 值会修改并成为 this 值。thisArg 是 undefined 或 null 时它会被替换成全局对象，所有其他值会被应用 ToObject 并将结果作为 this 值，这是第三版引入的更改。

结合上文和规范，如何将函数里的this指向第一个参数thisArg呢，这是一个问题。
这时候请出例子3：

// 浏览器环境 非严格模式下
var doSth = function(a, b){
    console.log(this);
    console.log(this.name);
    console.log([a, b]);
}
var student = {
    name: '轩辕Rowboat',
    doSth: doSth,
};
student.doSth(1, 2); // this === student // true // '轩辕Rowboat' // [1, 2]
doSth.apply(student, [1, 2]); // this === student // true // '轩辕Rowboat' // [1, 2]

可以得出结论1：在对象student上加一个函数doSth，再执行这个函数，这个函数里的this就指向了这个对象。那也就是可以在thisArg上新增调用函数，执行后删除这个函数即可。
知道这些后，我们试着容易实现第一版本：

// 浏览器环境 非严格模式
function getGlobalObject(){
    return this;
}
Function.prototype.applyFn = function apply(thisArg, argsArray){ // `apply` 方法的 `length` 属性是 `2`。
    // 1.如果 `IsCallable(func)` 是 `false`, 则抛出一个 `TypeError` 异常。
    if(typeof this !== 'function'){
        throw new TypeError(this + ' is not a function');
    }

    // 2.如果 argArray 是 null 或 undefined, 则
    // 返回提供 thisArg 作为 this 值并以空参数列表调用 func 的 [[Call]] 内部方法的结果。
    if(typeof argsArray === 'undefined' || argsArray === null){
        argsArray = [];
    }
    
    // 3.如果 Type(argArray) 不是 Object, 则抛出一个 TypeError 异常 .
    if(argsArray !== new Object(argsArray)){
        throw new TypeError('CreateListFromArrayLike called on non-object');
    }

    if(typeof thisArg === 'undefined' || thisArg === null){
        // 在外面传入的 thisArg 值会修改并成为 this 值。
        // ES3: thisArg 是 undefined 或 null 时它会被替换成全局对象 浏览器里是window
        thisArg = getGlobalObject();
    }

    // ES3: 所有其他值会被应用 ToObject 并将结果作为 this 值，这是第三版引入的更改。
    thisArg = new Object(thisArg);
    var __fn = '__fn';
    thisArg[__fn] = this;
    // 9.提供 thisArg 作为 this 值并以 argList 作为参数列表，调用 func 的 [[Call]] 内部方法，返回结果
    var result = thisArg[__fn](...argsArray);
    delete thisArg[__fn];
    return result;
};

实现第一版后，很容易找出两个问题：

• [ ] 1.__fn 同名覆盖问题，thisArg对象上有__fn，那就被覆盖了然后被删除了。

针对问题1
解决方案一：采用ES6 Sybmol() 独一无二的。可以本来就是模拟ES3的方法。如果面试官不允许用呢。
解决方案二：自己用Math.random()模拟实现独一无二的key。面试时可以直接用生成时间戳即可。

// 生成UUID 通用唯一识别码
// 大概生成 这样一串 '18efca2d-6e25-42bf-a636-30b8f9f2de09'
function generateUUID(){
    var i, random;
    var uuid = '';
    for (i = 0; i < 32; i++) {
        random = Math.random() * 16 | 0;
        if (i === 8 || i === 12 || i === 16 || i === 20) {
            uuid += '-';
        }
        uuid += (i === 12 ? 4 : (i === 16 ? (random & 3 | 8) : random))
            .toString(16);
    }
    return uuid;
}
// 简单实现
// '__' + new Date().getTime();

如果这个key万一这对象中还是有，为了保险起见，可以做一次缓存操作。比如如下代码：

var student = {
    name: '轩辕Rowboat',
    doSth: 'doSth',
};
var originalVal = student.doSth;
var hasOriginalVal = student.hasOwnProperty('doSth');
student.doSth = function(){};
delete student.doSth;
// 如果没有，`originalVal`则为undefined，直接赋值新增了一个undefined，这是不对的，所以需判断一下。
if(hasOriginalVal){
    student.doSth = originalVal;
}
console.log('student:', student); // { name: '轩辕Rowboat', doSth: 'doSth' }

• [ ] 2.使用了ES6扩展符...
  

解决方案一：采用eval来执行函数。

eval把字符串解析成代码执行。

MDN 文档：eval

语法

eval(string)

参数

string

表示JavaScript表达式，语句或一系列语句的字符串。表达式可以包含变量以及已存在对象的属性。

返回值

执行指定代码之后的返回值。如果返回值为空，返回undefined

解决方案二：但万一面试官不允许用eval呢，毕竟eval是魔鬼。可以采用new Function()来生成执行函数。
MDN 文档：Function

语法

new Function ([arg1[, arg2[, ...argN]],] functionBody)

参数

arg1, arg2, ... argN

被函数使用的参数的名称必须是合法命名的。参数名称是一个有效的JavaScript标识符的字符串，或者一个用逗号分隔的有效字符串的列表;例如“×”，“theValue”，或“A，B”。

functionBody

一个含有包括函数定义的JavaScript语句的字符串。

接下来看两个例子：

简单例子：
var sum = new Function('a', 'b', 'return a + b');
console.log(sum(2, 6));

// 稍微复杂点的例子：
var student = {
    name: '轩辕Rowboat',
    doSth: function(argsArray){
        console.log(argsArray);
        console.log(this.name);
    }
};
// var result = student.doSth(['Rowboat', 18]);
// 用new Function()生成函数并执行返回结果
var result = new Function('return arguments[0][arguments[1]](arguments[2][0], arguments[2][1])')(student, 'doSth', ['Rowboat', 18]);
// 个数不定
// 所以可以写一个函数生成函数代码：
function generateFunctionCode(argsArrayLength){
    var code = 'return arguments[0][arguments[1]](';
    for(var i = 0; i < argsArrayLength; i++){
        if(i > 0){
            code += ',';
        }
        code += 'arguments[2][' + i + ']';
    }
    code += ')';
    // return arguments[0][arguments[1]](arg1, arg2, arg3...)
    return code;
}

你可能不知道在ES3、ES5中 undefined 是能修改的

可能大部分人不知道。ES5中虽然在全局作用域下不能修改，但在局部作用域中也是能修改的，不信可以复制以下测试代码在控制台执行下。虽然一般情况下是不会的去修改它。

function test(){
    var undefined = 3;
    console.log(undefined); // chrome下也是 3
}
test();

所以判断一个变量a是不是undefined，更严谨的方案是typeof a === 'undefined'或者a === void 0;
这里面用的是void，void的作用是计算表达式，始终返回undefined，也可以这样写void(0)。
更多可以查看韩子迟的这篇文章：为什么用「void 0」代替「undefined」
解决了这几个问题，比较容易实现如下代码。

使用 new Function() 模拟实现的apply

// 浏览器环境 非严格模式
function getGlobalObject(){
    return this;
}
function generateFunctionCode(argsArrayLength){
    var code = 'return arguments[0][arguments[1]](';
    for(var i = 0; i < argsArrayLength; i++){
        if(i > 0){
            code += ',';
        }
        code += 'arguments[2][' + i + ']';
    }
    code += ')';
    // return arguments[0][arguments[1]](arg1, arg2, arg3...)
    return code;
}
Function.prototype.applyFn = function apply(thisArg, argsArray){ // `apply` 方法的 `length` 属性是 `2`。
    // 1.如果 `IsCallable(func)` 是 `false`, 则抛出一个 `TypeError` 异常。
    if(typeof this !== 'function'){
        throw new TypeError(this + ' is not a function');
    }
    // 2.如果 argArray 是 null 或 undefined, 则
    // 返回提供 thisArg 作为 this 值并以空参数列表调用 func 的 [[Call]] 内部方法的结果。
    if(typeof argsArray === 'undefined' || argsArray === null){
        argsArray = [];
    }
    // 3.如果 Type(argArray) 不是 Object, 则抛出一个 TypeError 异常 .
    if(argsArray !== new Object(argsArray)){
        throw new TypeError('CreateListFromArrayLike called on non-object');
    }
    if(typeof thisArg === 'undefined' || thisArg === null){
        // 在外面传入的 thisArg 值会修改并成为 this 值。
        // ES3: thisArg 是 undefined 或 null 时它会被替换成全局对象 浏览器里是window
        thisArg = getGlobalObject();
    }
    // ES3: 所有其他值会被应用 ToObject 并将结果作为 this 值，这是第三版引入的更改。
    thisArg = new Object(thisArg);
    var __fn = '__' + new Date().getTime();
    // 万一还是有 先存储一份，删除后，再恢复该值
    var originalVal = thisArg[__fn];
    // 是否有原始值
    var hasOriginalVal = thisArg.hasOwnProperty(__fn);
    thisArg[__fn] = this;
    // 9.提供 `thisArg` 作为 `this` 值并以 `argList` 作为参数列表，调用 `func` 的 `[[Call]]` 内部方法，返回结果。
    // ES6版
    // var result = thisArg[__fn](...args);
    var code = generateFunctionCode(argsArray.length);
    var result = (new Function(code))(thisArg, __fn, argsArray);
    delete thisArg[__fn];
    if(hasOriginalVal){
        thisArg[__fn] = originalVal;
    }
    return result;
};

利用模拟实现的apply模拟实现call

Function.prototype.callFn = function call(thisArg){
    var argsArray = [];
    var argumentsLength = arguments.length;
    for(var i = 0; i < argumentsLength - 1; i++){
        // argsArray.push(arguments[i + 1]);
        argsArray[i] = arguments[i + 1];
    }
    console.log('argsArray:', argsArray);
    return this.applyFn(thisArg, argsArray);
}
// 测试例子
var doSth = function (name, age){
    var type = Object.prototype.toString.call(this);
    console.log(typeof doSth);
    console.log(this === firstArg);
    console.log('type:', type);
    console.log('this:', this);
    console.log('args:', [name, age], arguments);
    return 'this--';
};

var name = 'window';

var student = {
    name: '轩辕Rowboat',
    age: 18,
    doSth: 'doSth',
    __fn: 'doSth',
};
var firstArg = student;
var result = doSth.applyFn(firstArg, [1, {name: 'Rowboat'}]);
var result2 = doSth.callFn(firstArg, 1, {name: 'Rowboat'});
console.log('result:', result);
console.log('result2:', result2);

细心的你会发现注释了这一句argsArray.push(arguments[i + 1]);，事实上push方法，内部也有一层循环。所以理论上不使用push性能会更好些。面试官也可能根据这点来问时间复杂度和空间复杂度的问题。

// 看看V8引擎中的具体实现：
function ArrayPush() {
    var n = TO_UINT32( this.length );    // 被push的对象的length
    var m = %_ArgumentsLength();     // push的参数个数
    for (var i = 0; i < m; i++) {
        this[ i + n ] = %_Arguments( i );   // 复制元素     (1)
    }
    this.length = n + m;      // 修正length属性的值    (2)
    return this.length;
};

行文至此，就基本结束了，你可能还发现就是写的非严格模式下，thisArg原始值会包装成对象，添加函数并执行，再删除。而严格模式下还是原始值这个没有实现，而且万一这个对象是冻结对象呢，Object.freeze({})，是无法在这个对象上添加属性的。所以这个方法只能算是非严格模式下的简版实现。最后来总结一下。

总结

通过MDN认识call和apply，阅读ES5规范，到模拟实现apply，再实现call。
就是使用在对象上添加调用apply的函数执行，这时的调用函数的this就指向了这个thisArg，再返回结果。引出了ES6 Symbol，ES6的扩展符...、eval、new Function()，严格模式等。

事实上，现实业务场景不需要去模拟实现call和apply,毕竟是ES3就提供的方法。但面试官可以通过这个面试题考察候选人很多基础知识。如：call、apply的使用。ES6 Symbol，ES6的扩展符...，eval，new Function()，严格模式，甚至时间复杂度和空间复杂度等。

读者发现有不妥或可改善之处，欢迎指出。另外觉得写得不错，可以点个赞，也是对笔者的一种支持。

// 最终版版 删除注释版，详细注释看文章
// 浏览器环境 非严格模式
function getGlobalObject(){
    return this;
}
function generateFunctionCode(argsArrayLength){
    var code = 'return arguments[0][arguments[1]](';
    for(var i = 0; i < argsArrayLength; i++){
        if(i > 0){
            code += ',';
        }
        code += 'arguments[2][' + i + ']';
    }
    code += ')';
    return code;
}
Function.prototype.applyFn = function apply(thisArg, argsArray){
    if(typeof this !== 'function'){
        throw new TypeError(this + ' is not a function');
    }
    if(typeof argsArray === 'undefined' || argsArray === null){
        argsArray = [];
    }
    if(argsArray !== new Object(argsArray)){
        throw new TypeError('CreateListFromArrayLike called on non-object');
    }
    if(typeof thisArg === 'undefined' || thisArg === null){
        thisArg = getGlobalObject();
    }
    thisArg = new Object(thisArg);
    var __fn = '__' + new Date().getTime();
    var originalVal = thisArg[__fn];
    var hasOriginalVal = thisArg.hasOwnProperty(__fn);
    thisArg[__fn] = this;
    var code = generateFunctionCode(argsArray.length);
    var result = (new Function(code))(thisArg, __fn, argsArray);
    delete thisArg[__fn];
    if(hasOriginalVal){
        thisArg[__fn] = originalVal;
    }
    return result;
};
Function.prototype.callFn = function call(thisArg){
    var argsArray = [];
    var argumentsLength = arguments.length;
    for(var i = 0; i < argumentsLength - 1; i++){
        argsArray[i] = arguments[i + 1];
    }
    return this.applyFn(thisArg, argsArray);
}

扩展阅读

《JavaScript设计模式与开发实践》- 第二章 第 2 章　this、call和apply
JS魔法堂：再次认识Function.prototype.call
不用call和apply方法模拟实现ES5的bind方法
JavaScript深入之call和apply的模拟实现

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