JS深入系列 - 作用域

作用域: 指程序源代码中定义变量的区域。 规定了如何查找变量,也就是确定当前执行代码对变量的访问权限。

js 采用词法作用域,也就是静态作用域。

静态作用域: 函数的作用域在函数定义的时候就决定了

动态作用域: 函数的作用域是在函数调用的时候才决定的

举例:

var value = 1;

function foo() {
    console.log(value);
}

function bar() {
    var value = 2;
    foo();
}

bar(); //  输出啥?

假设JavaScript采用静态作用域,让我们分析下执行过程:

执行 foo 函数,先从 foo 函数内部查找是否有局部变量 value,如果没有,就根据书写的位置,查找上面一层的代码,也就是 value 等于 1,所以结果会打印 1。

假设JavaScript采用动态作用域,让我们分析下执行过程:

执行 foo 函数,依然是从 foo 函数内部查找是否有局部变量 value。如果没有,就从调用函数的作用域,也就是 bar 函数内部查找 value 变量,所以结果会打印 2。

回到我们熟悉的 for 循环,

eg1

var a = [];
for (var i = 0; i < 10; i++) {
  a[i] = function () {
    console.log(i);
  };
}
a[6](); // 10

上面代码中,变量 i 是 var 命令声明的,在全局范围内都有效,所以全局只有一个变量 i。每一次循环,变量i的值都会发生改变,而循环内被赋给数组 a 的函数内部的console.log(i),里面的i指向的就是全局的i。也就是说,所有数组 a 的成员里面的 i,指向的都是同一个 i,导致运行时输出的是最后一轮的i的值,也就是 10。

来看下纠正后的代码

var a = [];
for (let i = 0; i < 10; i++) {
  a[i] = function () {
    console.log(i);
  };
}
a[6](); // 6

上面代码中,变量i是let声明的,当前的i只在本轮循环有效,所以每一次循环的i其实都是一个新的变量,所以最后输出的是6。

!!! 这里一峰老师说每一次循环的 i都是一个新的变量,这个有待考究

这是因为 JavaScript 引擎内部会记住上一轮循环的值,初始化本轮的变量i时,就在上一轮循环的基础上进行计算。

另外还有一个特别之处:

for (var i = 0; i < 3; i++) {
  let i = 'abc';
  console.log('ss', i);
}
console.log('rr', i)

上面代码正确运行,输出了 3 次abc。这表明函数内部的变量i与循环变量i不在同一个作用域,有各自单独的作用域。

上面我们说到了 ES6 以后有了块级作用域,为什么需要块级作用域?

因为 ES5 只有全局作用域和函数作用域,没有块级作用域。就会带来不合理的场景
场景一: 内层变量可能会覆盖外层变量

var tmp = new Date();

function f() {
  console.log(tmp);
  if (false) {
    var tmp = 'hello world';
  }
}

f(); // undefined

原本 console.log 需要使用函数f外的 tmp 值,但是函数 f 内部的 if 判断语句里面的 var tmp = ‘hello world’ 变量提升,导致内层的 tmp 变量覆盖了外层的 tmp 变量

场景二: 用来技术的循环变量泄露为全局变量

var s = 'hello';

for (var i = 0; i < s.length; i++) {
  console.log(s[i]);
}

console.log(i); // 5

上面代码中,变量 i 用来控制循环,但是循环结束后,它并没有消失,泄露成了全局变量。

块级作用域与函数声明

ES5 规定,函数只能在顶层作用域和函数作用域之中声明,不能在块级作用域声明。

// 情况一
if (true) {
  function f() {}
}

// 情况二
try {
  function f() {}
} catch(e) {
  // ...
}

以上这两种函数声明,根据 ES5 规定都是非法的。

function f() { console.log('I am outside!'); }

(function () {
  if (false) {
    // 重复声明一次函数f
    function f() { console.log('I am inside!'); }
  }

  f();
}());

这段在 ES5 运行会得到 ‘I am inside!’ 因为 if 声明的函数 f 会被提升到函数头部。实际可以约等于

// ES5 环境
function f() { console.log('I am outside!'); }

(function () {
  function f() { console.log('I am inside!'); }
  if (false) {
  }
  f();
}());

但是到了 ES6 就会报错了,在 ES6 中约等于

// 浏览器的 ES6 环境
function f() { console.log('I am outside!'); }
(function () {
  var f = undefined;
  if (false) {
    function f() { console.log('I am inside!'); }
  }

  f();
}());
// Uncaught TypeError: f is not a function

还有另外一个需要注意的地方: ES6 的块级作用域必须有大括号,如果没有大括号,JavaScript 引擎就认为不存在块级作用域

// 第一种写法,报错
if (true) let x = 1;

// 第二种写法,不报错
if (true) {
  let x = 1;
}

顶层对象属性

顶层对象,在浏览器环境指的是window对象,在 Node 指的是global对象。ES5 之中,顶层对象的属性与全局变量是等价的。

window.a = 1;
a // 1

a = 2;
window.a // 2

上面代码中,顶层对象的属性赋值与全局变量的赋值,是同一件事。

顶层对象的属性与全局变量挂钩,被认为是 JavaScript 语言最大的设计败笔之一。这样的设计带来了几个很大的问题,首先是没法在编译时就报出变量未声明的错误,只有运行时才能知道(因为全局变量可能是顶层对象的属性创造的,而属性的创造是动态的);其次,程序员很容易不知不觉地就创建了全局变量(比如打字出错);最后,顶层对象的属性是到处可以读写的,这非常不利于模块化编程。另一方面,window对象有实体含义,指的是浏览器的窗口对象,顶层对象是一个有实体含义的对象,也是不合适的。

ES6 为了改变这一点,一方面规定,为了保持兼容性,var命令和function命令声明的全局变量,依旧是顶层对象的属性;另一方面规定,let命令、const命令、class命令声明的全局变量,不属于顶层对象的属性。也就是说,从 ES6 开始,全局变量将逐步与顶层对象的属性脱钩。

var a = 1;
// 如果在 Node 的 REPL 环境,可以写成 global.a
// 或者采用通用方法,写成 this.a
window.a // 1

let b = 1;
window.b // undefined

上面代码中,全局变量avar命令声明,所以它是顶层对象的属性;全局变量blet命令声明,所以它不是顶层对象的属性,返回undefined

const

const声明一个只读的常量。一旦声明,常量的值就不能改变。

const的作用域与let命令相同:只在声明所在的块级作用域内有效。

const命令声明的常量也是不提升,同样存在暂时性死区,只能在声明的位置后面使用。

const声明的常量,也与let一样不可重复声明。

const 本质

const实际上保证的,并不是变量的值不得改动,而是变量指向的那个内存地址所保存的数据不得改动。对于简单类型的数据(数值、字符串、布尔值),值就保存在变量指向的那个内存地址,因此等同于常量。但对于复合类型的数据(主要是对象和数组),变量指向的内存地址,保存的只是一个指向实际数据的指针,const只能保证这个指针是固定的(即总是指向另一个固定的地址),至于它指向的数据结构是不是可变的,就完全不能控制了。因此,将一个对象声明为常量必须非常小心。

const foo = {};

// 为 foo 添加一个属性,可以成功
foo.prop = 123;
foo.prop // 123

// 将 foo 指向另一个对象,就会报错
foo = {}; // TypeError: "foo" is read-only

如果真想冻结对象,可以使用 Object.freeze()

const foo = Object.freeze({});

// 常规模式时,下面一行不起作用;
// 严格模式时,该行会报错
foo.prop = 123;

总结:

var let const 函数的区别

基本用法区别:

三者都是用来声明变量。 但是 let 和 const 声明的变量名都不能相同,后者 const 声明一个只读的常量,一旦声明就必须立即初始化,且常量的值就不能修改。

(能了解原因吗?)

另外查找 globalThis

JavaScript 语言存在一个顶层对象,它提供全局环境(即全局作用域),所有代码都是在这个环境中运行。但是,顶层对象在各种实现里面是不统一的。

  • 浏览器里面,顶层对象是window,但 Node 和 Web Worker 没有window
  • 浏览器和 Web Worker 里面,self也指向顶层对象,但是 Node 没有self
  • Node 里面,顶层对象是global,但其他环境都不支持。

同一段代码为了能够在各种环境,都能取到顶层对象,现在一般是使用this变量,但是有局限性。

  • 全局环境中,this会返回顶层对象。但是,Node.js 模块中this返回的是当前模块,ES6 模块中this返回的是undefined
  • 函数里面的this,如果函数不是作为对象的方法运行,而是单纯作为函数运行,this会指向顶层对象。但是,严格模式下,这时this会返回undefined
  • 不管是严格模式,还是普通模式,new Function('return this')(),总是会返回全局对象。但是,如果浏览器用了 CSP(Content Security Policy,内容安全策略),那么evalnew Function这些方法都可能无法使用。

综上所述,很难找到一种方法,可以在所有情况下,都取到顶层对象。下面是两种勉强可以使用的方法。

// 方法一
(typeof window !== 'undefined'
   ? window
   : (typeof process === 'object' &&
      typeof require === 'function' &&
      typeof global === 'object')
     ? global
     : this);

// 方法二
var getGlobal = function () {
  if (typeof self !== 'undefined') { return self; }
  if (typeof window !== 'undefined') { return window; }
  if (typeof global !== 'undefined') { return global; }
  throw new Error('unable to locate global object');
};

ES2020 在语言标准的层面,引入globalThis作为顶层对象。也就是说,任何环境下,globalThis都是存在的,都可以从它拿到顶层对象,指向全局环境下的this

垫片库[global-this](https://github.com/ungap/global-this)模拟了这个提案,可以在所有环境拿到globalThis

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