JavaScript笔记:作用域
1、 编译原理
尽管通常将 JavaScript 归类为“动态”或“解释执行”语言,但事实上它是一门编译语言。
在传统编译语言的流程中,程序中的一段源代码在执行之前会经历三个步骤,统称为“编译”:
分词/词法分析
这个过程会将由字符组成的字符串分解成(对编程语言来说)有意义的代码块,这些代码块被称为词法单元(token)。例如,考虑程序var a = 2;。这段程序通常会被分解成为下面这些词法单元:var、a、=、2 、;。空格是否会被当作词法单元,取决于空格在这门语言中是否具有意义。
解析/语法分析
这个过程是将词法单元流(数组)转换成一个由元素逐级嵌套所组成的代表了程序语法结构的树。这个树被称为“抽象语法树”(Abstract Syntax Tree,AST)。
var a = 2;的抽象语法树中可能会有一个叫作VariableDeclaration的顶级节点,接下来是一个叫作Identifier(它的值是a)的子节点,以及一个叫作 AssignmentExpression的子节点。AssignmentExpression节点有一个叫作 NumericLiteral(它的值是2)的子节点。
代码生成
将 AST 转换为可执行代码的过程称被称为代码生成。这个过程与语言、目标平台等息息相关。
抛开具体细节,简单来说就是有某种方法可以将 var a = 2; 的 AST 转化为一组机器指令,用来创建一个叫作 a 的变量(包括分配内存等),并将一个值储存在 a 中。
比起那些编译过程只有三个步骤的语言的编译器,JavaScript 引擎要复杂得多。例如,在语法分析和代码生成阶段有特定的步骤来对运行性能进行优化,包括对冗余元素进行优化等。
对于 JavaScript 来说,大部分情况下编译发生在代码执行前的几微秒(甚至更短!)的时间内。在我们所要讨论的作用域背后,JavaScript 引擎用尽了各种办法(比如 JIT,可以延迟编译甚至实施重编译)来保证性能最佳。
2、理解作用域
引擎
从头到尾负责整个 JavaScript 程序的编译及执行过程。
编译器
负责语法分析及代码生成等脏活累活。
作用域
负责收集并维护由所有声明的标识符(变量)组成的一系列查询,并实施一套非常严格的规则,确定当前执行的代码对这些标识符的访问权限。
为了进一步理解,我们需要多介绍一点编译器的术语。
编译器在编译过程的第二步中生成了代码,引擎执行它时,会通过查找变量 a 来判断它是否已声明过。查找的过程由作用域进行协助,但是引擎执行怎样的查找,会影响最终的查找结果。
引擎会为变量 a 进行 LHS 查询或者 RHS 查询:当变量出现在赋值操作的左侧时进行 LHS 查询,出现在右侧时进行 RHS 查询。
讲得更准确一点,RHS 查询与简单地查找某个变量的值别无二致,而 LHS 查询则是试图找到变量的容器本身。
引擎和作用域的对话:
function foo(a) {
console.log( a ); // 2
}
foo( 2 );
让我们把上面这段代码的处理过程想象成一段对话,这段对话可能是下面这样的。
引擎:我说作用域,我需要为 foo 进行 RHS 引用。你见过它吗?
作用域:别说,我还真见过,编译器那小子刚刚声明了它。它是一个函数,给你。
引擎:哥们太够意思了!好吧,我来执行一下 foo。
引擎:作用域,还有个事儿。我需要为 a 进行 LHS 引用,这个你见过吗?
作用域:这个也见过,编译器最近把它声名为 foo 的一个形式参数了,拿去吧。
引擎:大恩不言谢,你总是这么棒。现在我要把 2 赋值给 a。
引擎:哥们,不好意思又来打扰你。我要为 console 进行 RHS 引用,你见过它吗?
作用域:咱俩谁跟谁啊,再说我就是干这个。这个我也有,console 是个内置对象。 给你。
引擎:么么哒。我得看看这里面是不是有 log(..)。太好了,找到了,是一个函数。
引擎:哥们,能帮我再找一下对 a 的 RHS 引用吗?虽然我记得它,但想再确认一次。
作用域:放心吧,这个变量没有变动过,拿走,不谢。
引擎:真棒。我来把 a 的值,也就是 2,传递进 log(..)。
......
3、作用域嵌套
作用域是根据名称查找变量的一套规则。实际情况中,通常需要同时顾及几个作用域。
当一个块或函数嵌套在另一个块或函数中时,就发生了作用域的嵌套。因此,在当前作用域中无法找到某个变量时,引擎就会在外层嵌套的作用域中继续查找,直到找到该变量, 或抵达最外层的作用域(也就是全局作用域)为止。
4、异常
为什么区分 LHS 和 RHS 是一件重要的事情?
因为在变量还没有声明(在任何作用域中都无法找到该变量)的情况下,这两种查询的行为是不一样的。
如果 RHS 查询在所有嵌套的作用域中遍寻不到所需的变量,引擎就会抛出 ReferenceError 异常。值得注意的是,ReferenceError 是非常重要的异常类型。
相较之下,当引擎执行 LHS 查询时,如果在顶层(全局作用域)中也无法找到目标变量,全局作用域中就会创建一个具有该名称的变量,并将其返还给引擎,前提是程序运行在非 “严格模式” 下。
“不,这个变量之前并不存在,但是我很热心地帮你创建了一个。”
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