關於Javascript閉包的理解


一、什么是閉包?

  “官方”的解釋是:所謂“閉包”,指的是一個擁有許多變量和綁定了這些變量的環境的表達式(通常是一個函數),因而這些變量也是該表達式的一部分。

  相信很少有人能直接看懂這句話,因為他描述的太學術。我想用如何在Javascript中創建一個閉包來告訴你什么是閉包,因為跳過閉包的創建過程直接理解閉包的定義是非常困難的。看下面這段代碼:

function a(){
var i=0;
function b(){
alert(++i);
}
return b;
}
var c = a();
c();

  這段代碼有兩個特點:

  1、函數b嵌套在函數a內部;

  2、函數a返回函數b。

  這樣在執行完var c=a()后,變量c實際上是指向了函數b,再執行c()后就會彈出一個窗口顯示i的值(第一次為1)。這段代碼其實就創建了一個閉包,為什么?因為函數a外的變量c引用了函數a內的函數b,就是說:

  當函數a的內部函數b被函數a外的一個變量引用的時候,就創建了一個閉包。

  我猜想你一定還是不理解閉包,因為你不知道閉包有什么作用,下面讓我們繼續探索。

  二、閉包有什么作用?

  簡而言之,閉包的作用就是在a執行完並返回后,閉包使得Javascript的垃圾回收機制GC不會收回a所占用的資源,因為a的內部函數b的 執行需要依賴a中的變量。這是對閉包作用的非常直白的描述,不專業也不嚴謹,但大概意思就是這樣,理解閉包需要循序漸進的過程。

在上面的例子中,由於閉包的存在使得函數a返回后,a中的i始終存在,這樣每次執行c(),i都是自加1后alert出i的值。

  那 么我們來想象另一種情況,如果a返回的不是函數b,情況就完全不同了。因為a執行完后,b沒有被返回給a的外界,只是被a所引用,而此時a也只會被b引 用,因此函數a和b互相引用但又不被外界打擾(被外界引用),函數a和b就會被GC回收。(關於Javascript的垃圾回收機制將在后面詳細介紹)

  三、閉包內的微觀世界

  如 果要更加深入的了解閉包以及函數a和嵌套函數b的關系,我們需要引入另外幾個概念:函數的執行環境(excution context)、活動對象(call object)、作用域(scope)、作用域鏈(scope chain)。以函數a從定義到執行的過程為例闡述這幾個概念。

  1、當定義函數a的時候,js解釋器會將函數a的作用域鏈(scope chain)設置為定義a時a所在的“環境”,如果a是一個全局函數,則scope chain中只有window對象。

  2、當函數a執行的時候,a會進入相應的執行環境(excution context)。

  3、在創建執行環境的過程中,首先會為a添加一個scope屬性,即a的作用域,其值就為第1步中的scope chain。即a.scope=a的作用域鏈。

  4、然后執行環境會創建一個活動對象(call object)。活動對象也是一個擁有屬性的對象,但它不具有原型而且不能通過JavaScript代碼直接訪問。創建完活動對象后,把活動對象添加到a 的作用域鏈的最頂端。此時a的作用域鏈包含了兩個對象:a的活動對象和window對象。

  5、下一步是在活動對象上添加一個arguments屬性,它保存着調用函數a時所傳遞的參數。

  6、最后把所有函數a的形參和內部的函數b的引用也添加到a的活動對象上。在這一步中,完成了函數b的的定義,因此如同第3步,函數b的作用域鏈被設置為b所被定義的環境,即a的作用域。

  到此,整個函數a從定義到執行的步驟就完成了。此時a返回函數b的引用給c,又函數b的作用域鏈包含了對函數a的活動對象的引用,也就是說b可以訪問到a中定義的所有變量和函數。函數b被c引用,函數b又依賴函數a,因此函數a在返回后不會被GC回收。

  當函數b執行的時候亦會像以上步驟一樣。因此,執行時b的作用域鏈包含了3個對象:b的活動對象、a的活動對象和window對象,如下圖所示:

  如圖所示,當在函數b中訪問一個變量的時候,搜索順序是先搜索自身的活動對象,如果存在則返回,如果不存在將繼續搜索函數a的活動對象,依 次查找,直到找到為止。如果整個作用域鏈上都無法找到,則返回undefined。如果函數b存在prototype原型對象,則在查找完自身的活動對象 后先查找自身的原型對象,再繼續查找。這就是Javascript中的變量查找機制。

  四、閉包的應用場景

  1、保護函數內的變量安全。以最開始的例子為例,函數a中i只有函數b才能訪問,而無法通過其他途徑訪問到,因此保護了i的安全性。

  2、在內存中維持一個變量。依然如前例,由於閉包,函數a中i的一直存在於內存中,因此每次執行c(),都會給i自加1。

  以上兩點是閉包最基本的應用場景,很多經典案例都源於此。

  五、Javascript的垃圾回收機制

  在Javascript中,如果一個對象不再被引用,那么這個對象就會被GC回收。如果兩個對象互相引用,而不再被第3者所引用,那么這兩個互相引用的對象也會被回收。因為函數a被b引用,b又被a外的c引用,這就是為什么函數a執行后不會被回收的原因。

先看看閉包的科學的定義:閉包是可以包含自由(未綁定)變量的代碼塊;這些變量不是在這個代碼塊或者任何全局上下文中定義的,而是在定義代碼塊的環境中定義。“閉包” 一詞來源於以下兩者的結合:要執行的代碼塊(由於自由變量的存在,相關變量引用沒有釋放)和為自由變量提供綁定的計算環境(作用域)。

聽上去有點暈,我說說我的理解。閉包是一個受到了保護的變量空間,由內嵌函數生成。用到閉包通常是為了解決變量的作用域問題。我舉兩個使用閉包的例子,也許看例子比什么都明白。

例子1:循環對多個按鈕綁定click事件。

不用閉包的情況:

  1. <html>
  2. <head>
  3. <script type="text/javascript">
  4. function OnLoad()
  5. {
  6. var arr = document.getElementsByTagName("input");
  7. for(var i=0;i<arr.length;i++)
  8. {
  9. arr[i].onclick=function(){
  10. alert(i);
  11. }
  12. }
  13. }
  14. </script>
  15. </head>
  16. <body onload="OnLoad()">
  17. <input type="button" name="button" value="button1" />
  18. <input type="button" name="button" value="button2" />
  19. <input type="button" name="button" value="button3" />
  20. <input type="button" name="button" value="button4" />
  21. <input type="button" name="button" value="button5" />
  22. <input type="button" name="button" value="button6" />
  23. <input type="button" name="button" value="button7" />
  24. </body>
  25. </html>

猛點這里測試結果,你發現不管點哪個按鈕,都會彈出7。原因是當你點擊buttun時,循環已經執行完畢,這時候i就等於7.

再看看使用閉包的情況

  1. <html>
  2. <head>
  3. <script type="text/javascript">
  4. function OnLoad()
  5. {
  6. var arr = document.getElementsByTagName("input");
  7. for(var i=0;i<arr.length;i++)
  8. {
  9. arr[i].onclick=closureTest(i);
  10. }
  11. }
  12. function closureTest(i)
  13. {
  14. return function(){
  15. alert(i);
  16. }
  17. }
  18. </script>
  19. </head>
  20. <body onload="OnLoad()">
  21. <input type="button" name="button" value="button1" />
  22. <input type="button" name="button" value="button2" />
  23. <input type="button" name="button" value="button3" />
  24. <input type="button" name="button" value="button4" />
  25. <input type="button" name="button" value="button5" />
  26. <input type="button" name="button" value="button6" />
  27. <input type="button" name="button" value="button7" />
  28. </body>
  29. </html>

猛點這里測試結果,你發現會像你想象的那樣,button按鈕一次會彈出0、1、2、3、4、5、6。這就是典型的利用閉包來影響變量的作用域的示例。當然,閉包能做很多不同的事情,但究其原理,還是通過影響變量的作用域來實現的。

閉包(closure)是Javascript語言的一個難點,也是它的特色,很多高級應用都要依靠閉包實現。

下面就是我的學習筆記,對於Javascript初學者應該是很有用的。

一、變量的作用域

要理解閉包,首先必須理解Javascript特殊的變量作用域。

變量的作用域無非就是兩種:全局變量和局部變量。

Javascript語言的特殊之處,就在於函數內部可以直接讀取全局變量。

var n = 999 ;
function f1(){
  alert(n);
}
f1();
// 999

另一方面,在函數外部自然無法讀取函數內的局部變量。

function f1(){
  var n = 999 ;
}
alert(n);
// error

這里有一個地方需要注意,函數內部聲明變量的時候,一定要使用var命令。如果不用的話,你實際上聲明了一個全局變量!

function f1(){
  n
= 999 ;
}
f1();
alert(n);
// 999

二、如何從外部讀取局部變量?

出於種種原因,我們有時候需要得到函數內的局部變量。但是,前面已經說過了,正常情況下,這是辦不到的,只有通過變通方法才能實現。

那就是在函數的內部,再定義一個函數。

function f1(){
n
= 999 ;
function f2(){
alert(n);
// 999
}
}

在上面的代碼中,函數f2就被包括在函數f1內部,這時f1內部的所有局部變量,對f2都是可見的。但是反過來就不行,f2內部的局部變量,對f1 就是不可見的。這就是Javascript語言特有的“鏈式作用域”結構(chain scope),子對象會一級一級地向上尋找所有父對象的變量。所以,父對象的所有變量,對子對象都是可見的,反之則不成立。

既然f2可以讀取f1中的局部變量,那么只要把f2作為返回值,我們不就可以在f1外部讀取它的內部變量了嗎!

復制代碼
function f1(){
n
=999;
function f2(){
  alert(n);
}
return f2;
}
var result=f1();
result();
// 999
復制代碼

三、閉包的概念

上一節代碼中的f2函數,就是閉包。

各種專業文獻上的“閉包”(closure)定義非常抽象,很難看懂。我的理解是,閉包就是能夠讀取其他函數內部變量的函數。

由於在Javascript語言中,只有函數內部的子函數才能讀取局部變量,因此可以把閉包簡單理解成“定義在一個函數內部的函數”。

所以,在本質上,閉包就是將函數內部和函數外部連接起來的一座橋梁。

四、閉包的用途

閉包可以用在許多地方。它的最大用處有兩個,一個是前面提到的可以讀取函數內部的變量,另一個就是讓這些變量的值始終保持在內存中。

怎么來理解這句話呢?請看下面的代碼。

復制代碼
function f1(){
  var n = 999 ;
  nAdd
= function (){n += 1 }
  function f2(){
    alert(n);
  }
  return f2;
}
var result = f1();
result();
// 999
nAdd();
result();
// 1000
復制代碼

在這段代碼中,result實際上就是閉包f2函數。它一共運行了兩次,第一次的值是999,第二次的值是1000。這證明了,函數f1中的局部變量n一直保存在內存中,並沒有在f1調用后被自動清除。

為什么會這樣呢?原因就在於f1是f2的父函數,而f2被賦給了一個全局變量,這導致f2始終在內存中,而f2的存在依賴於f1,因此f1也始終在內存中,不會在調用結束后,被垃圾回收機制(garbage collection)回收。

這段代碼中另一個值得注意的地方,就是“nAdd=function(){n+=1}”這一行,首先在nAdd前面沒有使用var關鍵字,因此 nAdd是一個全局變量,而不是局部變量。其次,nAdd的值是一個匿名函數(anonymous function),而這個匿名函數本身也是一個閉包,所以nAdd相當於是一個setter,可以在函數外部對函數內部的局部變量進行操作。

五、使用閉包的注意點

1)由於閉包會使得函數中的變量都被保存在內存中,內存消耗很大,所以不能濫用閉包,否則會造成網頁的性能問題,在IE中可能導致內存泄露。解決方法是,在退出函數之前,將不使用的局部變量全部刪除。

2)閉包會在父函數外部,改變父函數內部變量的值。所以,如果你把父函數當作對象(object)使用,把閉包當作它的公用方法(Public Method),把內部變量當作它的私有屬性(private value),這時一定要小心,不要隨便改變父函數內部變量的值。

六、思考題

如果你能理解下面代碼的運行結果,應該就算理解閉包的運行機制了。

復制代碼
var name = “The Window”;
var object = {
  name : "My Object",
  getNameFunc :
function (){
  return function (){
    return this .name;
  };
}
};
alert(object.getNameFunc()());
復制代碼


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