深入理解JavaScript執(zhí)行上下文、函數(shù)堆棧、提升的概念

本文內(nèi)容轉(zhuǎn)載自:
https://feclub.cn/post/content/ec_ecs_hosting
http://blog.csdn.net/hi_kevin/article/details/37761919

首先明確幾個概念:

EC函數(shù)執(zhí)行環(huán)境(或執(zhí)行上下文),Execution Context
ECS執(zhí)行環(huán)境棧,Execution Context Stack
VO變量對象,Variable Object
AO活動對象,Active Object
scope chain作用域鏈

EC(執(zhí)行上下文)

每次當(dāng)控制器轉(zhuǎn)到ECMAScript可執(zhí)行代碼的時候,就會進入到一個執(zhí)行上下文。

那什么是可執(zhí)行代碼呢?

可執(zhí)行代碼的類型

**1、全局代碼(Global code) **

這種類型的代碼是在"程序"級處理的:例如加載外部的js文件或者本地"<script></script>"標簽內(nèi)的代碼。全局代碼不包括任何function體內(nèi)的代碼。 這個是默認的代碼運行環(huán)境,一旦代碼被載入,引擎最先進入的就是這個環(huán)境。

2、函數(shù)代碼(Function code)

任何一個函數(shù)體內(nèi)的代碼,但是需要注意的是,具體的函數(shù)體內(nèi)的代碼是不包括內(nèi)部函數(shù)的代碼。

3、Eval代碼(Eval code)

eval內(nèi)部的代碼

ECS(執(zhí)行環(huán)境棧)

我們用MDN上的一個例子來引入函數(shù)執(zhí)行棧的概念

function foo(i) {
    if (i < 0) return;
    console.log('begin:' + i);
    foo(i - 1);
    console.log('end:' + i);
}
foo(2);

// 輸出:

// begin:2
// begin:1
// begin:0
// end:0
// end:1
// end:2

這里先不關(guān)心執(zhí)行結(jié)果。磨刀不誤砍柴功,先了解一下函數(shù)執(zhí)行上下文堆棧的概念。相信弄明白了下面的概念,一切也就水落石出了。

我們都知道,瀏覽器中的JS解釋器被實現(xiàn)為單線程,這也就意味著同一時間只能發(fā)生一件事情,其他的行為或事件將會被放在叫做執(zhí)行棧里面排隊。下面的圖是單線程棧的抽象視圖:



當(dāng)瀏覽器首次載入你的腳本,它將默認進入全局執(zhí)行上下文。如果,你在你的全局代碼中調(diào)用一個函數(shù),你程序的時序?qū)⑦M入被調(diào)用的函數(shù),并創(chuàng)建一個新的執(zhí)行上下文,并將新創(chuàng)建的上下文壓入執(zhí)行棧的頂部。

如果你調(diào)用當(dāng)前函數(shù)內(nèi)部的其他函數(shù),相同的事情會在此上演。代碼的執(zhí)行流程進入內(nèi)部函數(shù),創(chuàng)建一個新的執(zhí)行上下文并把它壓入執(zhí)行棧的頂部。瀏覽器總會執(zhí)行位于棧頂?shù)膱?zhí)行上下文,一旦當(dāng)前上下文函數(shù)執(zhí)行結(jié)束,它將被從棧頂彈出,并將上下文控制權(quán)交給當(dāng)前的棧。這樣,堆棧中的上下文就會被依次執(zhí)行并且彈出堆棧,直到回到全局的上下文。請看下面一個例子:

(function goo(i){
   if(i === 3){
     return
  }else{
    goo(i++)
  }
}(0));

上述goo被聲明后,通過()運算符強制直接運行了。函數(shù)代碼就是調(diào)用了其自身3次,每次是局部變量i增加1。每次goo函數(shù)被自身調(diào)用時,就會有一個新的執(zhí)行上下文被創(chuàng)建。每當(dāng)一個上下文執(zhí)行完畢,該上下文就被彈出堆棧,回到上一個上下文,直到再次回到全局上下文。整個過程抽象如下圖:

由此可見 ,對于執(zhí)行上下文這個抽象的概念,可以歸納為以下幾點:

1、單線程
2、同步執(zhí)行
3、唯一的一個全局上下文
4、函數(shù)的執(zhí)行上下文的個數(shù)沒有限制
5、每次某個函數(shù)被調(diào)用,就會有個新的執(zhí)行上下文為其創(chuàng)建,即使是調(diào)用的自身函數(shù),也是如此

看到這里,想必大家都已經(jīng)深諳上述例子輸出結(jié)果的原因了,這里我大概繪了一個流程圖來幫助理解foo:

VO(變量對象)/AO(活動對象)

這里為什么要用一個/呢?按照字面理解,AO其實就是被激活的VO,兩個其實是一個東西。下面引用知乎上的一段話,幫助理解一下。原文鏈接

變量對象(Variable object):是說JS的執(zhí)行上下文中都有個對象用來存放執(zhí)行上下文中可被訪問但是不能被delete的函數(shù)標示符、形參、變量聲明等。它們會被掛在這個對象上,對象的屬性對應(yīng)它們的名字對象屬性的值對應(yīng)它們的值但這個對象是規(guī)范上或者說是引擎實現(xiàn)上的不可在JS環(huán)境中訪問到活動對象。

激活對象(Activation object):有了變量對象存每個上下文中的東西,但是它什么時候能被訪問到呢?就是每進入一個執(zhí)行上下文時,這個執(zhí)行上下文兒中的變量對象就被激活,也就是該上下文中的函數(shù)標示符、形參、變量聲明等就可以被訪問到了。

EC建立的細節(jié)

1、創(chuàng)建階段【當(dāng)函數(shù)被調(diào)用,但未執(zhí)行任何其內(nèi)部代碼之前】

1、 創(chuàng)建作用域鏈(Scope Chain)
2、 創(chuàng)建變量,函數(shù)和參數(shù)。
3、 求”this“的值

2、執(zhí)行階段

初始化變量的值和函數(shù)的引用,解釋/執(zhí)行代碼。


我們可以將每個執(zhí)行上下文抽象為一個對象,這個對象具有三個屬性

ECObj: {
    scopeChain: { /* 變量對象(variableObject)+ 所有父級執(zhí)行上下文的變量對象*/ }, 
    variableObject: { /*函數(shù) arguments/參數(shù),內(nèi)部變量和函數(shù)聲明 */ }, 
    this: {} 
}

解釋器執(zhí)行代碼的偽邏輯

1、查找調(diào)用函數(shù)的代碼。
2、執(zhí)行代碼之前,先進入創(chuàng)建上下文階段:

第一步:初始化作用域鏈
第二步:創(chuàng)建變量對象:
    a.創(chuàng)建arguments對象,檢查上下文,初始化參數(shù)名稱和值并創(chuàng)建引用的復(fù)制。
    b.掃描上下文的函數(shù)聲明(而非函數(shù)表達式):
        1、為發(fā)現(xiàn)的每一個函數(shù),在變量對象上創(chuàng)建一個屬性,確切的說是函數(shù)的名字,其有一個指向函數(shù)在內(nèi)存中的引用。
        2、如果函數(shù)的名字已經(jīng)存在,引用指針將被重寫。
    c.掃描上下文的變量聲明:
        1、為發(fā)現(xiàn)的每個變量聲明,在變量對象上創(chuàng)建一個屬性,就是變量的名字,并且將變量的值初始化為undefined
        2、如果變量的名字已經(jīng)在變量對象里存在,將不會進行任何操作并繼續(xù)掃描。
第三步:求出上下文內(nèi)部this的值。

3、激活/代碼執(zhí)行階段:

在當(dāng)前上下文上運行/解釋函數(shù)代碼,并隨著代碼一行行執(zhí)行指派變量的值。

VO --- 對應(yīng)上述第二個階段

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

//當(dāng)我們調(diào)用foo(22)時,整個創(chuàng)建階段是下面這樣的:
ECObj = {
    scopChain: {...},
    variableObject: {
        arguments: {
                0: 22,
                length: 1
        },
        i: 22,
        c: pointer to function c()
        a: undefined,
        b: undefined
    },
    this: { ... }
}

正如我們看到的,在上下文創(chuàng)建階段,VO的初始化過程如下(該過程是有先后順序的:函數(shù)的形參==>>函數(shù)聲明==>>變量聲明):

  • 函數(shù)的形參(當(dāng)進入函數(shù)執(zhí)行上下文時) —— 變量對象的一個屬性,其屬性名就是形參的名字,其值就是實參的值;對于沒有傳遞的參數(shù),其值為undefined

  • 函數(shù)聲明(FunctionDeclaration, FD) —— 變量對象的一個屬性,其屬性名和值都是函數(shù)對象創(chuàng)建出來的;如果變量對象已經(jīng)包含了相同名字的屬性,則替換它的值

  • 變量聲明(var,VariableDeclaration) —— 變量對象的一個屬性,其屬性名即為變量名,其值為undefined;如果變量名和已經(jīng)聲明的函數(shù)名或者函數(shù)的參數(shù)名相同,則不會影響已經(jīng)存在的屬性。

對于函數(shù)的形參沒有什么可說的,主要看一下函數(shù)的聲明以及變量的聲明兩個部分:
1、如何理解函數(shù)聲明過程中如果變量對象已經(jīng)包含了相同名字的屬性,則替換它的值這句話?
看如下這段代碼:

function foo1(a){
    console.log(a)
    function a(){} 
}
foo1(20)//'function a(){}'

根據(jù)上面的介紹,我們知道VO創(chuàng)建過程中,函數(shù)形參的優(yōu)先級是高于函數(shù)的聲明的,結(jié)果是函數(shù)體內(nèi)部聲明的function a(){}覆蓋了函數(shù)形參a的聲明,因此最后輸出a是一個function。
2、如何理解變量聲明過程中如果變量名和已經(jīng)聲明的函數(shù)名或者函數(shù)的參數(shù)名相同,則不會影響已經(jīng)存在的屬性這句話?

//情景一:與參數(shù)名相同
function foo2(a){
    console.log(a)
    var a = 10
}
foo2(20) //'20'

//情景二:與函數(shù)名相同
function foo2(){
    console.log(a)
    var a = 10
    function a(){}
}
foo2() //'function a(){}'

下面是幾個比較有趣的例子,當(dāng)做加餐小菜,大家細細品味。這里給出一句話當(dāng)做參考:

函數(shù)聲明比變量優(yōu)先級要高,并且定義過程不會被變量覆蓋,除非是賦值

function foo3(a){
    var a = 10
    function a(){}
    console.log(a)
}
foo3(20) //'10'

function foo3(a){
    var a 
    function a(){}
    console.log(a)
}
foo3(20) //'function a(){}'

AO --- 對應(yīng)第三個階段

正如我們看到的,創(chuàng)建的過程僅負責(zé)處理定義屬性的名字,而并不為他們指派具體的值,當(dāng)然還有對形參/實參的處理。一旦創(chuàng)建階段完成,執(zhí)行流進入函數(shù)并且激活/代碼執(zhí)行階段,看下函數(shù)執(zhí)行完成后的樣子:

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

提升(Hoisting)

對于下面的代碼,相信很多人都能一眼看出輸出結(jié)果,但是卻很少有人能給出為什么會產(chǎn)生這種輸出結(jié)果的解釋。

(function() {
    console.log(typeof foo); // 函數(shù)指針
    console.log(typeof bar); // undefined

    var foo = 'hello',
        bar = function() {
            return 'world';
        };

    function foo() {
        return 'hello';
    }
}());

1、為什么我們能在foo聲明之前訪問它?
回想在VO的創(chuàng)建階段,我們知道函數(shù)在該階段就已經(jīng)被創(chuàng)建在變量對象中。所以在函數(shù)開始執(zhí)行之前,foo已經(jīng)被定義了。
2、foo被聲明了兩次,為什么foo顯示為函數(shù)而不是undefined或字符串?
我們知道,在創(chuàng)建階段,函數(shù)聲明是優(yōu)先于變量被創(chuàng)建的。而且在變量的創(chuàng)建過程中,如果發(fā)現(xiàn)VO中已經(jīng)存在相同名稱的屬性,則不會影響已經(jīng)存在的屬性。因此,對foo()函數(shù)的引用首先被創(chuàng)建在活動對象里,并且當(dāng)我們解釋到var foo時,我們看見foo屬性名已經(jīng)存在,所以代碼什么都不做并繼續(xù)執(zhí)行。
3、為什么bar的值是undefined?
bar采用的是函數(shù)表達式的方式來定義的,所以bar實際上是一個變量,但變量的值是函數(shù),并且我們知道變量在創(chuàng)建階段被創(chuàng)建但他們被初始化為undefined,這也是為什么函數(shù)表達式不會被提升的原因。

總結(jié):

1、EC分為兩個階段,創(chuàng)建執(zhí)行上下文和執(zhí)行代碼。
2、每個EC可以抽象為一個對象,這個對象具有三個屬性,分別為:作用域鏈Scope,VO|AO(AO,VO只能有一個)以及this。
3、函數(shù)EC中的AO在進入函數(shù)EC時,確定了Arguments對象的屬性;在執(zhí)行函數(shù)EC時,其它變量屬性具體化。
4、EC創(chuàng)建的過程是由先后順序的:參數(shù)聲明 >函數(shù)聲明 >變量聲明。

參考

javascript 執(zhí)行環(huán)境,變量對象,作用域鏈What is the Execution Context & Stack in JavaScript?函數(shù)MDN

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