詞法作用域與閉包

一旦用中文來描述作用域總會感覺欠缺什么,簡單來說作用域(scope)指的是名稱綁定(變量)有效指向的范圍(環(huán)境)。大部分編程語言都是采用詞法作用域(lexical scope)或者說是靜態(tài)作用域,這里無意贅述作用域的概念,而會談?wù)撘恍┤菀缀雎缘臇|西。

少數(shù)語言采取動態(tài)作用域,比如Common Lisp和Perl。

來看一段體現(xiàn)詞法作用域的JavaScript代碼

var a="error" ,b="b", c="c";
function foo(a,b,c){
    console.log(a,b,c)
}
function bar(){
    var a="a"
    foo(a,b,c)//此處開始作用域查找
}
bar();//a  b  c

很容易理解的作用域查找例子:當(dāng)前作用域無定義的變量,繼續(xù)到外層作用域查找,直到找到或拋出錯誤。我們注意到當(dāng)執(zhí)行函數(shù)bar時,傳入foo形參的變量a b c接管了函數(shù)內(nèi)部全部變量的作用域查找,換句話說,函數(shù)foo的作用域起步在函數(shù)作用域(包括形參),也終止在了那里。
然后,實參的那部分開始作用域查找。如果將實參的符號換一下,比如A,B,C,敘述也不會太過麻煩。事實上,我故意這樣做,以凸顯閉包的差異。
在JavaScript中,變量似乎四處被訪問,時刻考慮閉包已成為習(xí)慣,但對于其他語言,作用域沒有這樣靈活。就像上文所舉的例子,如果foo函數(shù)沒有參數(shù)定義,詞法作用域會更符合一般預(yù)期,但在一些語言中,函數(shù)內(nèi)部只能訪問如例子一樣的參數(shù)或是全局變量。

var _module=(function _Module(){
var a="error",b="b",c="c"
function foo(a,b,c){
    console.log(a,b,c)
}
return {foo:foo}
})()
var b="error",c="error"
function bar(){
    var a="a"  
    _module.foo(a,b,c)
}
bar();  //a error error

瞧,即便我盡力構(gòu)造了閉包,變量引用被鎖死在了形參上。那么其他語言的閉包到底是怎么回事呢,或者說閉包的實質(zhì)是什么。上升到環(huán)境模型中,可以這樣概括:

函數(shù)通過'環(huán)境引用'使用自由變量(即當(dāng)前函數(shù)中的綁定無對應(yīng)的約束變量時)

那本有名的You Don't Know JS中這樣解釋,這也是大部分JavaScript使用者易記憶易判別的說法:

函數(shù)在定義時的詞法作用域之外執(zhí)行,仍保有對其詞法作用域的訪問

其它的諸如“函數(shù)記住并訪問所在詞法作用域”等閉包說法都差不多,這個幾個要素––函數(shù)、詞法域、(變量)參與了閉包概念。實際上,閉包把某些變量和函數(shù)連接起來了,函數(shù)被調(diào)用時,訪問了函數(shù)“外部”的變量。不能把閉包簡單地當(dāng)成名詞概念,Closure is Closure.(對象是附有行為的數(shù)據(jù),而閉包是附有數(shù)據(jù)的行為)
OK,現(xiàn)在有兩個問題:為什么是偏偏是函數(shù);變量的生命周期是怎樣的。
對于支持閉包的語言來說,一般具有這些特性:函數(shù)是第一類公民,能夠被當(dāng)做參數(shù)傳遞;并且允許函數(shù)內(nèi)定義函數(shù)。

函數(shù)可能在任何地方被調(diào)用,但代碼的邏輯應(yīng)該停留在定義(書寫)時,為了避免函數(shù)與引用環(huán)境不匹配,引入了閉包。

當(dāng)敘述到這里時,我首先想到的是柯里化層層的參數(shù),不過這里舉一個簡單常用的例子。

for (var i=1;i<7;i++){
  (function(j){
      setTimeout(function timer(){
          console.log(j);
      },j*1000);
  })(i);
}

定時函數(shù)里的函數(shù)timer定義和執(zhí)行分別處于不同的時間,不是嗎。編寫這段代碼時,想要的效果是每隔一秒輸出值加1,所以我們采用閉包這種機制使當(dāng)timer函數(shù)執(zhí)行時引用的j是定義時的j。所以閉包常常和匿名函數(shù)回調(diào)函數(shù)聯(lián)系起來。當(dāng)變量不被引用時,自然會被GC回收,閉包中被引用的變量阻止了執(zhí)行棧的彈出。
到目前為止的敘述,認定了一件事:如果函數(shù)只能訪問全局變量和形參,很難想象這種情況下的閉包的模樣。

通過觀察Java和C的閉包實現(xiàn)我們可以看到這個概念的“異化”。


待續(xù)


參考:
[1].維基百科
[2].閉包的概念、形式與應(yīng)用 (IBM DeveloperWorks)

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