JavaScript中的作用域

真・懒写于

原文:http://www.digital-web.com/articles/scope_in_javascript/

作用域(scope)是JavaScript语言的基石之一,在构建复杂程序时也可能是最令我头痛的东西。记不清多少次在函数之间传递控制后忘记this关键字引用的究竟是哪个对象,甚至,我经常以各种不同的混乱方式来曲线救国,试图伪装成正常的代码,以我自己的理解方式来找到所需要访问的变量。

这篇文章将正面解决这个问题:简述上下文(context)和作用域的定义,分析可以让我们掌控上下文的两种方法,最后深入一种_高效的_方案,它能有效解决我所碰到的90%的问题。

我在哪儿?你又是谁

JavaScript 程序的每一个字节都是在这个或那个运行上下文(execution context)中执行的。你可以把这些上下文想象为代码的邻居,它们可以给每一行代码指明:从何处来,朋友和邻居又是谁。没错,这是很重要的信息,因为 JavaScript社会有相当严格的规则,规定谁可以跟谁交往。运行上下文则是有大门把守的社区而非其内开放的小门。

我们通常可以把这些社会边界称为作用域,并且有充足的重要性在每一位邻居的宪章里立法,而这个宪章就是我们要说的上下文的作用域链(scope chain)。在特定的邻里关系内,代码只能访问它的作用域链内的变量。与超出它邻里的变量比起来,代码更喜欢跟本地(local,即局部)的打交道。

具体地说,执行一个函数会创建一个不同的运行上下文,它会将局部作用域增加到它所定义的作用域链内。JavaScript通过作用域链的局部向全局攀升方式,在特定的上下文中解析标识符。这表示,本级变量会优先于作用域链内上一级拥有相同名字的变量。显而易见,当我的好友们一起谈论"Mike West"(本文原作者)时,他们说的就是我,而非bluegrass singer 或是Duke professor, 尽管(按理说)后两者著名多了。

让我们看些例子来探索这些含义:

var ima_celebrity = "Everyone can see me! I'm famous!",
    the_president = "I'm the decider!";

function pleasantville() {
    var the_mayor = "I rule Pleasantville with an iron fist!",
    ima_celebrity = "All my neighbors know who I am!";

    function lonely_house() {
        var agoraphobic = "I fear the day star!",
            a_cat = "Meow.";
    }
}

我们的全明星,ima_celebrity, 家喻户晓(所有人都认识她)。她在政治上积极活跃,敢于在一个相当频繁的基层上叫嚣总统(即the_president)。她会为碰到的每一个人签名和回答问题。就是说,她不会跟她的粉丝有私下的联系。她相当清楚粉丝们的_存在 _并有他们自己某种程度上的个人生活,但也可以肯定的是,她并不知道粉丝们在干嘛,甚至连粉丝的名字都不知道。

而在欢乐市(pleasantville)内,市长(the_mayor)是众所周知的。她经常在她的城镇内散步,跟她的选民聊天、握手并亲吻小孩。因为欢乐市(pleasantville)还算比较大且重要的邻居,市长在她办公室内放置一台红色电话,它是一条可以直通总统的7x24热线。她还可以看到市郊外山上的孤屋(lonely_house),但从不在意里面住着的是谁。

而孤屋(lonely_house)是一个自我的世界。旷恐患者时常在里面囔囔自语,玩纸牌和喂养一个小猫(a_cat)。他偶尔会给市长(the_mayor)打电话咨询一些本地的噪音管制,甚至在本地新闻看到ima_celebrity后会写些粉丝言语给她(当然,这是pleasantville内的ima_celebrity)。

this? 那是虾米?

每一个运行上下文除了建立一个作用域链外,还提供一个名为this的关键字。它的普遍用法是,this作为一个独特的功能,为邻里们提供一个可访问到它的途径。但总是依赖于这个行为并不可靠:取决于我们如何进入一个特定邻居的具体情况,this表示的完全可能是其他东西。事实上,_我们如何进去邻居家_本身,通常恰恰就是this所指。有四种情形值得特别注意:

在经典的面向对象编程中,我们需要识别和引用当前对象。this极好地扮演了这个角色,为我们的对象提供了自我查找的能力,并指向它们本身的属性。

var deep_thought = {
    the_answer: 42,
    ask_question: function () {
        return this.the_answer;
    }
};

var the_meaning = deep_thought.ask_question();

这个例子建立了一个名为deep_thought的对象,设置其属性the_answer为42,并创建了一个名为ask_question 的方法(method)。当deep_thought.ask_question()执行时, JavaScript为函数的呼叫建立了一个运行上下文,通过"."运算符把this指向被引用的对象,在此是deep_thought这个对象。之后这个方法就可以通过this在镜子中找到它自身的属性,返回保存在 this.the_answer中的值:42。 *

构造函数

类似地,当定义一个作为构造器的使用new关键字的函数时,this可以用来引用刚创建的对象。让我们重写一个能反映这个情形的例子:

function BigComputer(answer) {
    this.the_answer = answer;
    this.ask_question = function () {
        return this.the_answer;
    }
}

var deep_thought = new BigComputer(42);
var the_meaning = deep_thought.ask_question();

我们编写一个函数来创建BigComputer对象,而不是直白地创建deep_thought对象,并通过new关键字实例化deep_thought为一个实例变量。当new BigComputer()被执行,后台透明地创建了一个崭新的对象。呼叫BigComputer后,它的this关键字被设置为指向新对象的引用。这个函数可以在this上设置属性和方法,最终它会在BigComputer执行后透明地返回。

尽管如此,需要注意的是,那个deep_thought.the_question()依然可以像从前一样执行。那这里发生了什么事?为何thisthe_question内与BigComputer内会有所不同?简单地说,我们是通过new进入BigComputer的,所以this表示"新(new)的对象"。在另一方面,我们通过deep_thought进入the_question,所以当我们执行该方法时,this表示 "deep_thought所引用的对象"。this并不像其他的变量一样从作用域链中读取,而是在上下文的基础上,在上下文中_重置_。 *

函数呼叫

假如没有任何相关对象的奇幻东西,我们只是呼叫一个普通的、常见的函数,在这种情形下this表示的又是什么呢?

function test_this() {
    return this;
}
var i_wonder_what_this_is = test_this();

在这样的场合,我们并不通过new来提供上下文,也不会以某种对象形式在背后偷偷提供上下文。在此, this默认下尽可能引用最全局的东西:对于网页来说,这就是window对象。 *

事件处理函数

比普通函数的呼叫更复杂的状况,先假设我们使用函数去处理的是一个onclick事件。当事件触发我们的函数运行,此处的this表示的是什么呢?不凑巧,这个问题不会有简单的答案。

如果我们写的是行内(inline)事件处理函数,this引用的是全局window对象:

function click_handler() {
    alert(this); // 弹出 window 对象
}
<button id='thebutton' onclick='click_handler()'>Click me!</button>

但是,如果我们通过JavaScript来添加事件处理函数,this引用的是生成该事件的DOM元素。(注意:此处的事件处理非常简洁和易于阅读,但其他的就别有洞天了。请使用真正的addEvent函数取而代之):

function click_handler() {
    alert(this); // 弹出按钮的DOM节点
}

function addhandler() {
    document.getElementById('thebutton').onclick = click_handler;
}

window.onload = addhandler;

html



## 复杂情况

让我们来短暂地运行一下这个最后的例子。我们需要询问`deep_thought`一个问题,如果不是直接运行`click_handler`而是通过点击按钮的话,那会发生什么事情?解决此问题的代码貌似十分直接,我们可能会这样做:

js function BigComputer(answer) {

this.the_answer = answer;
this.ask_question = function () {
    alert(this.the_answer);
}

}

function addhandler() {

var deep_thought = new BigComputer(42),
the_button = document.getElementById('thebutton');

the_button.onclick = deep_thought.ask_question;

}

window.onload = addhandler;



很完美吧?想象一下,我们点击按钮,`deep_thought.ask_question`被执行,我们也得到了"42"。但是为什么浏览器却给我们一个`undefined`? 我们错在何处?

其实问题显而易见:我们给`ask_question`传递一个引用,它作为一个事件处理函数来执行,与作为对象方法来运行的上下文并不一样。简而言之,`ask_question`中的` this`关键字指向了产生事件的DOM元素,而不是在`BigComputer`的对象中。DOM元素并不存在一个`the_answer`属性,所以我们得到的是 `undefined`而不是"42". `setTimeout`也有类似的行为,它在延迟函数执行的同时跑到了一个全局的上下文中去了。

这个问题会在程序的所有角落时不时突然冒出,如果不细致地追踪程序的每一个角落的话,还是一个非常难以排错的问题,尤其在你的对象有跟DOM元素或者`window`对象同名属性的时候。

## 使用`.apply()`和`.call()`掌控上下文

在点击按钮的时候,我们真正需要的是能够咨询`deep_thought`一个问题,更进一步说,我们真正需要的是,在应答事件和`setTimeout`的呼叫时,能够在自身的本原上下文中呼叫对象的方法。有两个鲜为人知的JavaScript方法,`apply`和`call`,在我们执行函数呼叫时,可以曲线救国帮我们达到目的,允许我们手工覆盖`this`的默认值。我们先来看`call`:

js var first_object = {

num: 42

}; var second_object = {

num: 24

};

function multiply(mult) {

return this.num * mult;

}

multiply.call(first_object, 5); // 返回 42 * 5 multiply.call(second_object, 5); // 返回 24 * 5



在这个例子中,我们首先定义了两个对象,`first_object`和`second_object`,它们分别有自己的`num`属性。然后定义了一个`multiply`函数,它只接受一个参数,并返回该参数与`this`所指对象的`num`属性的乘积。如果我们呼叫函数自身,返回的答案极大可能是`undefined`,因为全局`window`对象并没有一个`num`属性除非有明确的指定。我们需要一些途径来告诉`multiply`里面的`this`关键字应该引用什么。而`multiply`的`call`方法正是我们所需要的。

`call`的第一个参数定义了在业已执行的函数内`this`的所指对象。其余的参数则传入业已执行的函数内,如同函数的自身呼叫一般。所以,当执行`multiply.call(first_object, 5)`时,`multiply`被呼叫,`5`传入作为第一个参数,而`this`关键字被设置为`first_object`的引用。同样,当执行`multiply.call(second_object, 5)`时,`5`传入作为第一个参数,而`this`关键字被设置为`second_object`的引用。

`apply`以`call`一样的方式工作,但可以让你把参数包裹进一个数组再传递给呼叫函数,在程序性生成函数呼叫时尤为有用。使用`apply`重现上一段代码,其实区别并不大:

js ...

multiply.apply(first_object, 5); // 返回 42 * 5 multiply.apply(second_object, 5); // 返回 24 * 5



`apply`和`call`本身都非常有用,并值得贮藏于你的工具箱内,但对于事件处理函数所改变的上下文问题,也只是送佛到西天的中途而已,剩下的还是得我们来解决。在搭建处理函数时,我们自然而然地认为,只需简单地通过使用`call`来改变`this`的含义即可:

js function addhandler() {

var deep_thought = new BigComputer(42),
the_button = document.getElementById('thebutton');

the_button.onclick = deep_thought.ask_question.call(deep_thought);

}



代码之所以有问题的理由很简单:`call`_立即_执行了函数(译注:其实可以用一个匿名函数封装,例如`the_button.onclick = function(){deep_thought.ask_question.call(deep_thought);}`,但比起即将讨论的`bind`来,依然不够优雅)。我们给`onclcik`处理函数一个函数执行后的结果而非函数的引用。所以我们需要利用另一个JavaScript特色,以解决这个问题。

## `.bind()`之美

我并不是 [Prototype JavaScript framework][5]的忠实粉丝,但我对它的总体代码质量印象深刻。具体而言,它为`Function`对象增加一个简洁的补充,对我管理函数呼叫执行后的上下文产生了极大的正面影响:`bind`跟`call`一样执行相同的常见任务,改变函数执行的上下文。不同之处在于`bind`返回的是函数引用可以备用,而不是`call`的立即执行而产生的最终结果。

如果需要简化一下`bind`函数以抓住概念的重点,我们可以先把它插进前面讨论的乘积例子中去,看它究竟是如何工作的。这是一个相当优雅的解决方案:

js var first_object = {

num: 42

}; var second_object = {

num: 24

};

function multiply(mult) {

return this.num * mult;

}

Function.prototype.bind = function(obj) {

var method = this,
temp = function() {
    return method.apply(obj, arguments);
};

return temp;

}

var first_multiply = multiply.bind(first_object); first_multiply(5); // 返回 42 * 5

var second_multiply = multiply.bind(second_object); second_multiply(5); // 返回 24 * 5



首先,我们定义了`first_object`, `second_object`和`multiply`函数,一如既往。细心处理这些后,我们继续为`Function`对象的[`prototype`][6]定义一个`bind`方法,这样的话,我们程序里的函数都有一个`bind`方法可用。当执行`multiply.bind(first_object)`时,JavaScript为`bind`方法创建一个运行上下文,把`this`置为`multiply`函数的引用,并把第一个参数`obj`置为`first_object`的引用。目前为止,一切皆顺。

这个解决方案的真正天才之处在于`method`的创建,置为`this`的引用所指(即`multiply`函数自身)。当下一行的匿名函数被创建,`method`通过它的作用域链访问,obj亦然(不要在此使用`this`, 因为新创建的函数执行后,`this`会被新的、局部的上下文覆盖)。这个`this`的别名让`apply`执行`multiply`函数成为可能,而传递`obj`则确保上下文的正确。用计算机科学的话说,`temp`是一个闭包([_closure_][7]),它可以保证,需要在`first_object`的上下文中执行`multiply`,`bind`呼叫的最终返回可以用在任何的上下文中。

这才是前面说到的事件处理函数和`setTimeout`情形所真正需要的。以下代码完全解决了这些问题,绑定`deep_thought.ask_question`方法到`deep_thought`的上下文中,因此能在任何事件触发时都能正确运行:

js function addhandler() {

var deep_thought = new BigComputer(42),
the_button = document.getElementById('thebutton');

the_button.onclick = deep_thought.ask_question.bind(deep_thought);

} ```

漂亮。