JS的执行环境

执行环境(Execution context,EC)或执行上下文,是JS中一个极为重要的概念。

在JavaScript中有三种代码运行环境:

  • Global Code

    • JavaScript代码开始运行的默认环境
  • Function Code

    • 代码进入一个JavaScript函数
  • Eval Code

    • 使用eval()执行代码

EC的组成

当JavaScript代码执行的时候,会进入不同的执行上下文,这些执行上下文会构成了一个执行上下文栈(Execution context stack,ECS)。

  • 变量对象(Variable object,VO): 变量对象即包含变量的对象,除了我们无法访问它外,和普通对象没什么区别。
  • [[Scope]]属性:作用域即变量对象,作用域链是一个由变量对象组成的带头结点的单向链表,其主要作用就是用来进行变量查找。而[[Scope]]属性是一个指向这个链表头节点的指针。
  • this: 指向一个环境对象,注意是一个对象,而且是一个普通对象,而不是一个执行环境。
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var  a =  "global var" ;
 
function  foo(){
     console.log(a);
}
 
function  outerFunc(){
     var  b =  "var in outerFunc" ;
     console.log(b);
     
     function  innerFunc(){
         var  c =  "var in innerFunc" ;
         console.log(c);
         foo();
     }
     
     innerFunc();
}
 
 
outerFunc()

代码首先进入Global Execution Context,然后依次进入outerFunc,innerFunc和foo的执行上下文,执行上下文栈就可以表示为:

当JavaScript代码执行的时候,第一个进入的总是默认的Global Execution Context,所以说它总是在ECS的最底部。

对于每个Execution Context都有三个重要的属性,变量对象(Variable object,VO),作用域链(Scope chain)和this。这三个属性跟代码运行的行为有很重要的关系,下面会一一介绍。

当然,除了这三个属性之外,根据实现的需要,Execution Context还可以有一些附加属性。

变量对象(Variable object)

变量对象是与执行上下文相关的数据作用域。它是一个与上下文相关的特殊对象,其中存储了在上下文中定义的变量和函数声明。也就是说,一般VO中会包含以下信息:

  • 变量 (var, Variable Declaration);
  • 函数声明 (Function Declaration, FD);
  • 函数的形参

当JavaScript代码运行中,如果试图寻找一个变量的时候,就会首先查找VO。对于前面例子中的代码,Global Execution Context中的VO就可以表示如下:

注意,假如上面的例子代码中有下面两个语句,Global VO仍将不变。

(function bar(){}) // function expression, FE 
baz = "property of global object"

也就是说,对于VO,是有下面两种特殊情况的:

  • 函数表达式(与函数声明相对)不包含在VO之中
  • 没有使用var声明的变量(这种变量是,"全局"的声明方式,只是给Global添加了一个属性,并不在VO中)

活动对象(Activation object)

只有全局上下文的变量对象允许通过VO的属性名称间接访问;在函数执行上下文中,VO是不能直接访问的,此时由激活对象(Activation Object,缩写为AO)扮演VO的角色。激活对象 是在进入函数上下文时刻被创建的,它通过函数的arguments属性初始化。

Arguments Objects 是函数上下文里的激活对象AO中的内部对象,它包括下列属性:

  1. callee:指向当前函数的引用
  2. length: 真正传递的参数的个数
  3. properties-indexes:就是函数的参数值(按参数列表从左到右排列)

对于VO和AO的关系可以理解为,VO在不同的Execution Context中会有不同的表现:当在Global Execution Context中,可以直接使用VO;但是,在函数Execution Context中,AO就会被创建。

当上面的例子开始执行outerFunc的时候,就会有一个outerFunc的AO被创建:

细看Execution Context

当一段JavaScript代码执行的时候,JavaScript解释器会创建Execution Context,其实这里会有两个阶段:

  • 创建阶段(当函数被调用,但是开始执行函数内部代码之前)

    • 创建Scope chain
    • 创建VO/AO(variables, functions and arguments)
    • 设置this的值
  • 激活/代码执行阶段

    • 设置变量的值、函数的引用,然后解释/执行代码

这里想要详细介绍一下"创建VO/AO"中的一些细节,因为这些内容将直接影响代码运行的行为。

对于"创建VO/AO"这一步,JavaScript解释器主要做了下面的事情:

  • 根据函数的参数,创建并初始化arguments object
  • 扫描函数内部代码,查找函数声明(Function declaration)

    • 对于所有找到的函数声明,将函数名和函数引用存入VO/AO中
    • 如果VO/AO中已经有同名的函数,那么就进行覆盖
  • 扫描函数内部代码,查找变量声明(Variable declaration)

    • 对于所有找到的变量声明,将变量名存入VO/AO中,并初始化为"undefined"
    • 如果变量名称跟已经声明的形式参数或函数相同,则变量声明不会干扰已经存在的这类属性

看下面的例子:

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function  foo(i) {
     var  a =  'hello' ;
     var  b =  function  privateB() {
 
     };
     function  c() {
 
     }
}
 
foo(22);

对于上面的代码,在"创建阶段",可以得到下面的Execution Context object:

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fooExecutionContext = {
     scopeChain: { ... },
     variableObject: {
         arguments: {
             0: 22,
             length: 1
         },
         i: 22,
         c: pointer to  function  c()
         a: undefined,
         b: undefined
     },
     this : { ... }
}

在"激活/代码执行阶段",Execution Context object就被更新为:

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fooExecutionContext = {
     scopeChain: { ... },
     variableObject: {
         arguments: {
             0: 22,
             length: 1
         },
         i: 22,
         c: pointer to  function  c()
         a:  'hello' ,
         b: pointer to  function  privateB()
     },
     this : { ... }
}

例子分析

前面介绍了Execution Context,VO/AO等这么多的理论知识,当然是为了方便我们去分析代码中的一些行为。这里,就通过几个简单的例子,结合上面的概念来分析结果。

Example 1

首先看第一个例子:

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( function (){
     console.log(bar);
     console.log(baz);
     
     var  bar = 20;
     
     function  baz(){
         console.log( "baz" );
     }
     
})()

在Chrome中运行代码运行后将输出:

代码解释:匿名函数会首先进入"创建结果",JavaScript解释器会创建一个"Function Execution Context",然后创建Scope chain,VO/AO和this。根据前面的介绍,解释器会扫描函数和变量声明,如下的AO会被创建:

所以,对于bar,我们会得到"undefined"这个输出,表现的行为就是,我们在声明一个变量之前就访问了这个变量。这个就是JavaScript中"Hoisting"。

Example 2

接着上面的例子,进行一些修改:

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( function (){
     console.log(bar);
     console.log(baz);
     
     bar = 20;
     console.log(window.bar);
     console.log(bar);
     
     function  baz(){
         console.log( "baz" );
     }
     
})()

运行这段代码会得到"bar is not defined(…)"错误。当代码执行到"console.log(bar);"的时候,会去AO中查找"bar"。但是,根据前面的解释,函数中的"bar"并没有通过var关键字声明,所有不会被存放在AO中,也就有了这个错误。

注释掉"console.log(bar);",再次运行代码,可以得到下面结果。"bar"在"激活/代码执行阶段"被创建。

Example 3

现在来看最后一个例子:

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( function (){
     console.log(foo);
     console.log(bar);
     console.log(baz);
     
     var  foo =  function (){};
     
     function  bar(){
         console.log( "bar" );
     }
     
     var  bar = 20;
     console.log(bar);
     
     function  baz(){
         console.log( "baz" );
     }
     
})()

代码的运行结果为:

代码中,最"奇怪"的地方应该就是"bar"的输出了,第一次是一个函数,第二次是"20"。

其实也很好解释,回到前面对"创建VO/AO"的介绍,在创建VO/AO过程中,解释器会先扫描函数声明,然后"foo: <function>"就被保存在了AO中;但解释器扫描变量声明的时候,虽然发现"var bar = 20;",但是因为"foo"在AO中已经存在,所以就没有任何操作了。

但是,当代码执行到第二句"console.log(bar);"的时候,"激活/代码执行阶段"已经把AO中的"bar"重新设置了。

总结

本文介绍了JavaScript中的执行上下文(Execution Context),以及VO/AO等概念,最后通过几个例子展示了这几个概念对我们了解JavaScript代码运行的重要性。

通过对VO/AO在"创建阶段"的具体细节,如何扫描函数声明和变量声明,就可以对JavaScript中的"Hoisting"有清晰的认识。所以说,了解JavaScript解释器的行为,以及相关的概念,对理解JavaScript代码的行为是很有帮助的。


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