JavaScript世界的一等公民 - 函数

简介
在很多传统语言（C/C++/Java/C#等）中，函数都是作为一个二等公民存在，你只能用语言的关键字声明一个函数然后调用它，如果需要把函数作为参数传给另一个函数，或是赋值给一个本地变量，又或是作为返回值，就需要通过函数指针(function pointer)、代理(delegate)等特殊的方式周折一番。
而在JavaScript世界中函数却是一等公民，它不仅拥有一切传统函数的使用方式（声明和调用），而且可以做到像简单值一样赋值、传参、返回，这样的函数也称之为第一级函数（First-class Function）。不仅如此，JavaScript中的函数还充当了类的构造函数的作用，同时又是一个Function类的实例(instance)。这样的多重身份让JavaScript的函数变得非常重要。

一、JavaScript函数入门级
JavaScript函数像一般语言一样也是遵循先声明后使用的原则，函数名只能包含字母、数字、下划线或$，且不能以数字开头。函数常见的声明方式有以下两种：
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    // 直接声明函数myfunc 
    function myfunc(/* arguments */) { 
    } 
     
    // 把匿名函数赋值给本地变量myfunc 
    var myfunc = function(/* arguments */) { 
    } 

注意，上面两种函数声明方式存在细微的差别：第一种方式在声明时就是一个命名的函数，无论是声明在调用之前、调用之后，甚至是不会执行到的位置（例如return语句之后或是永远不会为真的分支里），都在整个作用域可访问；第二种方式是通过把匿名函数赋值给变量的方式，严格意义上说这不是一个函数的声明（function declaration）而是一个函数表达式（function expression），在赋值之前这个函数不能被任何代码访问到，也就是说这个赋值必须在调用之前完成，否则调用时会出现错误："TypeError: undefined is not a function"。例如：
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    myfunc1(); // 能够正常调用，因为myfunc1采用直接声明的方式 
     
    function myfunc1() { 
    } 
     
    myfunc2(); // 出错 TypeError: undefined is not a function 
     
    var myfunc2 = function() { 
    }; 


函数的基本调用方式与传统语言相同用一对括号调用: myfunc()。JavaScript的函数也支持直接或间接的递归(recursive)调用，例如经典的斐波那契函数用JavaScript可以这样实现：
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    function fib(n) { 
      if (n == 1 || n == 2) { 
        return 1; 
      } else { 
        return fib(n - 2) + fib(n - 1); 
      } 
    } 

在JavaScript的函数可以处理变长参数，在函数内部都拥有一个名为arguments的局部变量，它是一个类数组（array-liked）的对象，里面包含了所有调用时传入的参数，有length属性表示参数的个数。例如：
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    function test() { 
      alert(arguments.length); 
    } 
     
    test(1); // 1 
    test(1, 'a'); // 2 
    test(true, [], {}); // 3 

利用arguments可以实现类似C语言printf的功能，也可以用来实现方法的多态。

二、JavaScript函数进阶
2.1 匿名函数和嵌套函数

在JavaScript可以声明一个没有名称的函数，称为匿名函数（Anonymouse Function）。同时JavaScript还允许在函数内部声明函数，称为嵌套函数（Nested Function），嵌套函数的作用域为整个父函数。

在前面函数声明的部分就看到了匿名函数和嵌套函数的一种用法，由于匿名函数没有名称，不会引入新的变量污染上下文环境，而且会带来新的变量作用域，因此匿名函数常被用来防止全局环境污染。

JavaScript运行时中有一个特殊的全局环境（global object），这个对象上面存放全局的函数和变量，实际开发中经常会使用若干第三方的库或多个js文件，若不小心在全局对象引入重复的变量或函数声明，则会造成代码执行混乱。例如先后引入两个js文件，分别定义了自己的函数log作为内部使用，则第二引入的函数会覆盖第一个的定义且不会抛出任何错误，在后续的执行中调用log函数可能会造成错误。这时候使用一个匿名函数将整个js内的逻辑包装起来，就可以避免这种错误，这种方法已经被绝大多数开源js库使用。
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    (function() { // 匿名函数 
     
    function log(msg) { 
        console.log(msg); 
    } 
     
    // 其他代码 
     
    }()); // 立即执行 

以上代码就是一个简单的示例，log函数的作用域被限制在这个匿名函数之内，而匿名函数则因为被外面一对小括号()包括起来，形成一个函数表达式，表达式的值是一个函数，紧接着一对小括号表示立即执行这个函数，让原有的代码正常执行一次。不过，这种方式声明的函数、通过var声明的变量等等都是内部的，不能被任何匿名函数以外的代码访问到。如果你需要对外暴露一些函数作为接口的话有如下几种方法：
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    var mylib = (function(global) { 
     
    function log(msg) { 
      console.log(msg); 
    } 
     
    log1 = log;  // 法一：利用没有var的变量声明的默认行为，在log1成为全局变量（不推荐） 
     
    global.log2 = log;  // 法二：直接在全局对象上添加log2属性，赋值为log函数（推荐） 
     
    return {  // 法三：通过匿名函数返回值得到一系列接口函数集合对象，赋值给全局变量mylib（推荐） 
       log: log 
    }; 
     
    }(window)); 

2.2 高阶函数（High-order Function）
如果函数作为参数或返回值使用时，就称为高阶函数，JavaScript中的函数都可以作为高阶函数来使用，这也是第一类函数的特征。下面我们就分别分析一下这两种使用方法。
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    function negative(n) { 
      return -n; // 取n的相反值 
    } 
     
    function square(n) { 
      return n*n; // n的平方 
    } 
     
    function process(nums, callback) { 
      var result = []; 
     
      for(var i = 0, length = nums.length; i < length; i++) { 
        result[i] = callback(nums[i]); // 对数组nums中的所有元素传递给callback进行处理，将返回值作为结果保存 
      } 
     
      return result; 
    } 
     
    var nums = [-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]; 
    var n_neg = process(nums, negative); 
    // n_neg = [3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4]; 
    var n_square = process(nums, square); 
    // n_square = [9, 4, 1, 0, 1, 4, 9, 16]; 


以上代码展示了把函数作为参数传入另一个函数process调用的示例，在process函数的实现中，把callback作为一个黑盒子看待，负责把参数传给它，然后获取返回值，在调用之前并不清楚callback的具体实现。只有当执行到20行和22行时，callback才被分别代表negative或square，分别对每个元素进行取相反值或平方值的操作。
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    function generator() { 
      var i = 0; 
      return function() { 
        return i++; 
      }; 
    } 
     
    var gen1 = generator(); // 得到一个自然数生成器 
    var gen2 = generator(); // 得到另一个自然数生成器 
    var r1 = gen1(); // r1 = 0 
    var r2 = gen1(); // r2 = 1 
    var r3 = gen2(); // r3 = 0 
    var r4 = gen2(); // r4 = 1 


上面的代码展示了把函数作为返回值的示例，generator是一个自然数生成器函数，返回值是一个自然数生成函数。每次调用generator时都会把一个匿名函数作为结果返回，这个匿名函数在被实际调用时依次返回每个自然数。在generator里的变量i在每次调用这个匿名函数时都会自增1，这其实就是一个闭包。下面我们来介绍一下闭包.


2.3 闭包（Closure）
闭包(Closure)并不是一个新鲜的概念，很多函数式语言中都使用了闭包。在JavaScript中，当你在内嵌函数中使用外部函数作用域内的变量时，就是使用了闭包。用一个常用的类比来解释闭包和类（Class）的关系：类是带函数的数据，闭包是带数据的函数。
闭包中使用的变量有一个特性，就是它们不在父函数返回时释放，而是随着闭包生命周期的结束而结束。比如像上一节中generator的例子，gen1和gen2分别使用了相互独立的变量i（在gen1的i自增1的时候，gen2的i并不受影响，反之亦然），只要gen1或gen2这两个变量没有被JavaScript引擎垃圾回收，他们各自的变量i就不会被释放。在JavaScript编程中，不知不觉就会使用到闭包，闭包的这个特性在带来易用的同时，也容易带来类似内存泄露的问题。例如：
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    var elem = document.getElementById('test'); 
    elem.addEventListener('click', function() { 
      alert('You clicked ' + elem.tagName); 
    }); 

这段代码的作用是点击一个结点时显示它的标签名称，它把一个匿名函数注册为一个DOM结点的click事件处理函数，函数内引用了一个DOM对象elem，就形成了闭包。这就会产生一个循环引用，即：DOM->闭包->DOM->闭包...DOM对象在闭包释放之前不会被释放；而闭包作为DOM对象的事件处理函数存在，所以在DOM对象释放前闭包不会释放，即使DOM对象在DOM tree中删除，由于这个循环引用的存在，DOM对象和闭包都不会被释放。可以用下面的方法可以避免这种内存泄露：
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    var elem = document.getElementById('test'); 
    elem.addEventListener('click', function() { 
      alert('You clicked ' + this.tagName); // 不再直接引用elem变量 
    }); 

上面这段代码中用this代替elem（在DOM事件处理函数中this指针指向DOM元素本身），让JS运行时不再认为这个函数中使用了父类的变量，因此不再形成闭包。
闭包还会带来很多类似的内存泄露问题，只有在写代码的时候着重注意一下闭包，尽量避免此类的问题产生。

2.4 类构造函数
JavaScript的函数同时作为类的构造函数，因此只要声明一个函数就可以使用new关键字创建类的实例。
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    function Person(name) { 
      this.name = name; 
      this.toString = function() { 
        return 'Hello, ' + this.name + '!'; 
      }; 
    } 
     
    var p = new Person('Ghostheaven'); 
    alert(p); // Hello, Ghostheaven! 

在以上实例中Person函数作为类的构造函数使用，此时this指向新创建的实例对象，可以为实例增加属性和方法，关于详细的面向对象的JavaScript编程可以参考这篇文章。这里我想要说的是，JavaScript函数作为类构造函数使用时的返回值问题。
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    function MyClass(name) { 
      this.name = name; 
      return name;  // 构造函数的返回值? 
    } 
     
    var obj1 = new MyClass('foo'); 
    var obj2 = MyClass('foo'); 
    var obj3 = new MyClass({}); 
    var obj4 = MyClass({}); 


上面的构造函数比较特别，有返回语句，那么obj1~obj4分别指向什么对象呢？实际结果是这样的：

    obj1 = MyClass对象
    obj2 = 'foo'
    obj3 = {}
    obj4 = {}

具体原因这篇文章有解释，本文不再赘述，由于带返回值的构造函数会产生奇怪的结果，因此不要在构造函数中调用有返回值的返回语句（空return可以）。

三、JavaScript函数妖怪级
欢迎来到妖怪级函数授课区，在这里会交给你如何淡定自如地面对老怪。。。

3.1 Function类
在JavaScript运行时中有一个内建的类叫做Function，用function关键字声明一个函数其实是创建Function类对象的一种简写形式，所有的函数都拥有Function类所有的方法，例如call、apply、bind等等，可以通过instanceof关键字来验证这个说法。
既然Function是一个类，那么它的构造函数就是Function（它本身也是Function类的对象），应该可以通过new关键字来生成一个函数对象。第一个妖怪来了，那就是如何用Function类构造一个函数。Function的语法如下：
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    new Function ([arg1[, arg2[, ... argN]],] functionBody) 

其中arg1, arg2, ... argN是字符串，代表参数名称，functionBody也是字符串，表示函数体，前面的参数名称是可多可少的，Function的构造函数会把最后一个参数当做函数体，前面的都当做参数处理。
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    var func1 = new Function('name', 'return "Hello, " + name + "!";'); 
    func1('Ghostheaven'); // Hello, Ghostheaven! 

以上方法就通过Function构造了一个函数，这个函数跟其他用function关键字声明的函数一模一样。
看到这儿，很多人可能会问为什么需要这样一个妖怪呢？“存在的即是合理的”，Function类有它独特的用途，你可以利用它动态地生成各种函数逻辑，或者代替eval函数的功能，而且能保持当前环境不会被污染*。


3.2 自更新函数（Self-update Function）
在很多语言中，函数一旦声明过就不能再次声明同名函数，否则会产生语法错误，而在JavaScript中的函数不仅可以重复声明，而且还可以自己更新自己。自己吃自己的妖怪来了！
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    function selfUpdate() { 
      window.selfUpdate = function() { 
        alert('second run!'); 
      }; 
     
      alert('first run!'); 
    } 
     
    selfUpdate(); // first run! 
    selfUpdate(); // second run! 

这种函数可以用于只运行一次的逻辑，在第一次运行之后就整个替换成一段新的逻辑。

小结
JavaScript的函数灰常强大，在漂亮地解决很多问题的同时，也带来很多负面问题。妖怪级别的函数使用方法通常是一些鲜为人知的用法，除非特别必要不要轻易使用，否则会造成代码阅读困难，影响团队开发效率。

* 在新的ECMAScript中引入了严格模式，在严格模式下eval函数受到了很大的限制，也能够保证环境不被污染