JavaScript变量及其作用域

本文将继续就如下几点做出一些归纳，更多的是对ECMA-262中相应知识点的一些翻译并掺杂笔者的一些拙见，仅供参考。由于对个别专业词汇的解释拿捏不定，在罗列demo的同时，对于结论的后续推断将留给读者自身分析一些余地，见谅。

在X贴过程中，笔者参阅了ECMA-262（3rd，5th，以下简称文档），Lich_Ray的中文翻译项目组提供的文档（http://code.google.com/p/ecma-262/），一并表示感谢：）

• JavaScript变量基本常识
• 浅析JavaScript变量作用域

JavaScript变量基本常识

1、js变量定义语法（全局变量、局部变量）

文档指出，当在函数声明中声明变量时，变量将作为函数局部变量（准确来说，挂在与该函数相关联的执行环境中变量对象下成为其属性），否则，他们将成为全局变量。变量是在执行流进入函数执行环境时被创建的。文档同时指出，ECMAScript没有块级作用域的概念。只有程序（各种Statement与FunctionDeclaration的集合）或函数声明能创建一个新的作用域。

变量创建后默认被初始化为undefined，如果提供初始化器，则在变量声明被执行的时候赋值（笔者认为赋值的时间点在创建时或在执行时，对编码影响不大，FIXME）。

值得一提的是，文档所提到的variable statement，是不能缺少var关键字的，隐藏含义即，缺少var，即使定义（严谨来说不算定义，理解为不声明而直接初始化之）在函数声明中，也是全局变量。给出相关语法：

来看一些demo

var n0;//初始化为undefined
var n1 = 1;//全局变量
n2 = 2;//全局变量
//window.n2=2;//与上一行等价，但IE部分版本不支持
//n2;//错误语法，抛出ReferenceError，必须提供初始化器，或提供var关键字
function demo() {
	var n3 = 3;//局部变量
	n4 = 4;//全局变量，不推荐这样定义
}
alert(n0);//undefined
alert(n1);//1
alert(n2);//2
demo();//别漏掉这行，否则n4不会创建
//alert(n3);//抛出ReferenceError
alert(n4);//4
alert(window.n4);//虽IE不支持，但每个版本都可以通过它来取值

再补充一些demo

全局变量的属性是无法删除的（后来发现局部的也是如此）

var n1 = 1;
delete n1;//无效
//delete window.n1;//IE不支持，证明其{DontDelete}特点，chrome支持，但都无效:(
alert(n1);//1

//顺便熟悉一下delete语法
var r1 = new Object();//reference
r1.name = "jack";
alert(r1.name);//jack
delete r1.name;
alert(r1.name);//undefined

var p1 = "hello";//primitive
p1.name = "mike";//不可在原始类型上动态添加属性，不会导致错误但无效
alert(p1.name);//undefined

为了或得更好的页面性能，可尝试尽早的释放全局变量，尤其是引用类型的全局变量。（置为null，解除引用），否则只能依赖垃圾回收或应用的关闭了。至于局部变量，因为在执行流退出其执行环境的时候，环境本身会释放，所以不用操心。

一些猜想：即使能delete也只能导致其值为undefined，而垃圾回收应只针对空指针引用（null）而非undefined，大概这是ECMA-262从第三版引入Undefined类型的原因之一，正式区分空指针和未初始化变量，便于更有效的管理内存。FIXME

文档中指出全局变量不可delete，是否局部的可以呢（尽管这样实在没什么必要。。），笔者YY了一些代码，仅供参考：

function demo() {
	var n = 1;
	delete n;//无效。。
	delete arguments.callee.n;//也无效。。。但都不会报错
	alert(n);
}
demo();

当执行流进入函数时，即进入某一个执行环境，该环境关联一个变量对象（variable object），该对象以property形式保存在该环境中声明的所有变量及函数，换句话说，函数中声明的所有变量其base object都是variable object，根据delete操作符的语法，找到base object才有可能删除其下的属性，虽然ECMA-262并未明文指出variable object的明确定义，但在文档中多处提到“using xxx as the variable object”，上面这个demo中的callee就是持有arguments的对象，但删除失败，只能证明这个variable object和其关联的activation object（活动对象）是无法通过代码引用的。FIXME

2、弱类型 

ECMAScript语法类似Java，但语法较为松散。变量在声明时无需指定类型，被定义函数也无需在调用前进行声明（像C语言那样）

语法的松散特点之一体现在变量不光是值，其类型也可以在生命周期中改变（不推荐反复更改一个变量的值类型）

变量包含2种：原始类型（Undefined，Boolean，Null，Number，String） 和引用类型

原始类型保存于栈内存，占有固定大小空间，具有索引速度快的特点

引用类型为保存于堆内存中的对象，大小不固定，索引相对较慢，变量实际上保存的是指向某对象的一个指针

不同类型变量，操作方式也不一样，下面仅浅析部分特点（FIXME）：

原始类型在对变量进行复制时，会在栈内存中创建一个新值交由新变量持有，而引用类型，则是在栈内存中复制指针地址值，交由新变量持有，但此时，堆中对象仍然保持一个不变，即2指针指向同一对象。

var n1 = 1;
var n2 = n1;
n1 = 2;
alert(n2);//2，不受n1影响

var r1 = new Object();
r1.name = "jack";
var r2 = r1;
alert(r2.name);//jack
r1.name = "mike";
alert(r2.name);//mike，受r1影响

2、浅析JavaScript变量作用域

在谈及变量作用域的时候，execution context（执行环境）是一个非常关键的概念，并且相关伴随很多内部机制，理解其工作原理，能帮助我们更好的识别变量的行为和状态。

当执行流进入一段可执行代码时，便进入一个执行环境，活动的执行环境组成一个环境栈，栈顶端的执行环境即为当前正在运行的环境。当环境退出时，相关资源也会得以释放。

我们知道JavaScript是一个基于对象的语言（object-based），那么对于变量及函数的管理也是基于这个特点。每个执行环境都会关联一个变量对象（variable object），变量对象是在进入某一个环境的时候进行创建并初始化的，所有在环境中声明的变量和函数都会作为其property挂载在这个对象上，包括函数中的参数。

那么我们所关注的变量，其在使用过程中是如何被访问，当遇到同名变量时，如何对其进行追溯并确认的呢？在其内部，是通过一个名为作用域链（scope chain）这样的线性数据结构来保证对环境中所有变量和函数的有序访问的。作用域链是在执行流进入一个执行环境的时候进行初始化的，里面填充的对象，根据进入的代码类型不一样，会产生动态变化，但大多数填充的都是每个执行环境当中的变量对象，并且，在作用域的前端保存的为当前正在运行的执行环境的变量对象（也有一个说法，称之为活动对象activation object）。文档同时指出，还可以通过2种方式来改变作用域链的格局，with和try-catch。

对标识符的解析，是一个沿着作用域链从左至右的搜索过程，直至找到标识符并返回为止。就变量的可见性而言，作用域链成为当前环境可以访问到的变量的严格范围，即如果访问一个当前环境所关联的作用域以外的变量，则会抛出类似引用不到的错误（注意，不是undefined）。FIXME

文档对何时会进入一个新的执行环境进行了明确的定义：

函数和构造器的调用，包括函数的递归调用，都会导致进入一个新的环境，return则退出，如果抛出异常，无catch的情况下也会导致进入新环境。

好了，将这段信息结合上文理解，那么问题来了，读者可能会提出这样的大哉问：不同的执行环境都关联着这样一个作用域，那么，在某一个环境中所能访问到的变量，随着执行流的forward，是如何因执行环境的不同而产生变化的？更进一步的说，环境所占用的资源，又是怎样释放的？要分析这个问题，对作用域在不同时期状态的理解，将成为解决问题的关键。

下面我们一起来看2个demo，笔者主要结合环境栈和作用域来尝试进行分析：

var n1 = 1;
alert(n1);//mark1
function first() {
	var n1 = 2;
	var n3 = 3;
	alert(n1);//mark2
	second();
	//alert(n4);//mark4
}
function second() {
	var n4 = 4;
	//alert(n3);//mark3
}
first();
alert(n1);//mark5

第一步：当执行流进入全局执行环境（对web浏览器来说，我们一般认为是window对象）的时候，会创建该环境的一个变量对象，在这个变量对象中，保存n1及2个函数声明。这时window执行环境会被压入环境栈，并根据该window执行环境的变量对象初始化作用域链。

环境栈：

作用域链：

那么在代码mark1处n1的值为1。刁钻的读者可能会问，为什么不是在first函数中定义的n1=2呢，first函数不是也有一个相应的变量对象吗？要知道，虽然在window执行环境中存在2个函数的定义，并且他们也确实保存在window执行环境的变量对象下，但此时执行流并未进入first函数的执行环境，所以与first函数执行环境对应的变量对象此时还并未创建。

第二步：执行流在运行至倒数第二行时进入first函数执行环境，并将此环境执行压栈操作，因为并未退出window对象，所以此时环境栈自顶向下依次为first环境、window环境。

对作用域链插入新的变量对象时，是从前端操作的。此时它演变成：

在mark2处对同名标识符n1的解析，将从first变量对象（作用域链的前端）中开始查找，此时找到n1的值为2并返回，也就不会再在作用域链的下一个（window变量中）查找了。

第三步： 此时，在first函数内部对second函数进行调用，执行流离开first执行环境并进入second执行环境，程序对first环境执行出栈操作，然后对second环境执行压栈操作，因为没遇到first函数结束符“}”，first环境虽然出栈，但所占用资源仍然不会释放。

而此时，作用域链则产生如下变化，首先first环境的出栈，将会导致从前端移除first变量对象，然后将当前活动的执行环境（second环境）的变量对象添加在作用域前端。

那么在mark3处如试图对在first环境中定义的变量n3求值，则会导致错误（不是undefined），因为此时n3在second变量对象和window变量对象中，都找不到定义。

读者此时应该注意到一个规律，环境栈中的顺序与作用域链中的顺序是一致的。除此之外，我们说，在环境栈中，下方的环境相对于上方相邻的这个环境来说为包含环境，换言之，在一个环境中能访问到的变量，除开自身环境的变量定义外（优先查找，因为在作用域链前端），还有来自包含环境及其级联包含环境的。

第四步：执行流退出second环境，返回first环境，相应的second环境出栈，first环境压栈，由于执行流遇到second函数结束符“}”，second环境在出栈的同时，所占用的资源也得以释放。

相应的作用域链移除second变量对象，然后在前端插入first变量对象，变为

在mark4处试图访问second环境中定义的n4变量也是会导致错误的（过程不难分析，略）

第五步：执行流离开first环境， 回到window环境，first环境出栈，同时释放其所占资源，作用域链移除前端first变量对象，只留下window变量对象。mark5处n1值为1。（图、分析略）

再来看另一个demo

var n1 = 1;
function outter() {
	var n1 = 2;
	alert(n1);//mark1
	function inner() {
		var n3 = 3;
		alert(n1);//mark2
	}
	inner();//mark0
	//alert(n3);//mark3
}
outter();
alert(n1);//mark4

第一步：执行流运行至mark1时，n1值为2。分析同上。环境栈及作用域链状况如下

第二步：在mark0处对inner函数的调用，使执行流进入inner执行环境，但此时，并不会导致outter执行环境的出栈，仅仅是在环境栈原有2个执行环境的基础上继续对inner环境执行压栈，因为当前活动的执行环境（inner），其函数是声明在outter环境中的，即这个inner函数本身就是作为outter环境的变量对象中properties当中的一员。这一点与上例有着本质上的区别（上例，2个函数之间的关系为并列关系，都是window变量对象的一员）。环境栈及作用域链状况如下

在mark2处，n1值为2，在outter变量对象中找到（分析略）

第三步：在mark3处，尝试访问n3会报错（图、分析略）

第四步：在mark4处，n1值为1（图、分析略）

最后补充一个带with的demo：

var n1 = 1;
function outter() {
	var n1 = 2;
	function inner() {
			var n1 = 3;
	}
	inner();
	with (n1) {
		//var n1;//mark3
		//var n1 = 4;//mark2
		var n2 = n1 + 4;
	}
	alert(n2);//mark1
}
outter();

看读者能否自行分析出，mark1处n2值为6的结果，提示：

1、with/try-catch语句，都会在作用域链的前端添加一个变量对象（with后所跟参数的所有属性、方法所作的变量声明）

2、执行流进入with后所跟的“{}”块，并不会导致进入一个新的执行环境，因为没有块级作用域一说，所以在这个块中声明的变量会被添加在所在执行环境的变量对象中。

读者可尝试把mark2和mark3处代码交替取消注释运行查看结果。

关于变量及其作用域的分析，笔者认为在大多数时候都是比较直观简单的，没必要如本文中如此这般细掰，但是对于程序错误的分析定位，闭包分析，内存管理，则尤为重要。对于复杂抽象的技术（设计模式）我们应该善于转变成简单的案例进行理解把握，但对于基本功，则相对应该深入探究。

关于本文所涉及的参考，读者大多部分都可以从ECMA-262第十章节Execution contexts中找到，good luck