JavaScript 作用域鏈(Scope Chain)

在第12章關(guān)于變量對(duì)象的描述中，我們已經(jīng)知道一個(gè)執(zhí)行上下文 的數(shù)據(jù)（變量、函數(shù)聲明和函數(shù)的形參）作為屬性存儲(chǔ)在變量對(duì)象中。

同時(shí)我們也知道變量對(duì)象在每次進(jìn)入上下文時(shí)創(chuàng)建，并填入初始值，值的更新出現(xiàn)在代碼執(zhí)行階段。

這一章專門討論與執(zhí)行上下文直接相關(guān)的更多細(xì)節(jié)，這次我們將提及一個(gè)議題——作用域鏈。

英文原文：http://dmitrysoshnikov.com/ecmascript/chapter-4-scope-chain/
中文參考：http://www.denisdeng.com/?p=908
本文絕大部分內(nèi)容來自上述地址，僅做少許修改，感謝作者

定義

如果要簡要的描述并展示其重點(diǎn)，那么作用域鏈大多數(shù)與內(nèi)部函數(shù)相關(guān)。

我們知道，ECMAScript 允許創(chuàng)建內(nèi)部函數(shù)，我們甚至能從父函數(shù)中返回這些函數(shù)。

var x = 10;

function foo() {
  var y = 20;
  function bar() {
    alert(x + y);
  }
  return bar;
}

foo()(); // 30

這樣，很明顯每個(gè)上下文擁有自己的變量對(duì)象：對(duì)于全局上下文，它是全局對(duì)象自身；對(duì)于函數(shù)，它是活動(dòng)對(duì)象。

作用域鏈正是內(nèi)部上下文所有變量對(duì)象（包括父變量對(duì)象）的列表。此鏈用來變量查詢。即在上面的例子中，“bar”上下文的作用域鏈包括AO(bar)、AO(foo)和VO(global)。

但是，讓我們仔細(xì)研究這個(gè)問題。

讓我們從定義開始，并進(jìn)深一步的討論示例。

作用域鏈與一個(gè)執(zhí)行上下文相關(guān)，變量對(duì)象的鏈用于在標(biāo)識(shí)符解析中變量查找。

函數(shù)上下文的作用域鏈在函數(shù)調(diào)用時(shí)創(chuàng)建的，包含活動(dòng)對(duì)象和這個(gè)函數(shù)內(nèi)部的[[scope]]屬性。下面我們將更詳細(xì)的討論一個(gè)函數(shù)的[[scope]]屬性。

在上下文中示意如下：

activeExecutionContext = {
    VO: {...}, // or AO
    this: thisValue,
    Scope: [ // Scope chain
      // 所有變量對(duì)象的列表
      // for identifiers lookup
    ]
};

其scope定義如下：

Scope = AO + [[Scope]]

這種聯(lián)合和標(biāo)識(shí)符解析過程，我們將在下面討論，這與函數(shù)的生命周期相關(guān)。

函數(shù)的生命周期

函數(shù)的的生命周期分為創(chuàng)建和激活階段（調(diào)用時(shí)），讓我們詳細(xì)研究它。

函數(shù)創(chuàng)建

眾所周知，在進(jìn)入上下文時(shí)函數(shù)聲明放到變量/活動(dòng)（VO/AO）對(duì)象中。讓我們看看在全局上下文中的變量和函數(shù)聲明（這里變量對(duì)象是全局對(duì)象自身，我們還記得，是吧？）

var x = 10;

function foo() {
  var y = 20;
  alert(x + y);
}

foo(); // 30

在函數(shù)激活時(shí)，我們得到正確的（預(yù)期的）結(jié)果－－30。但是，有一個(gè)很重要的特點(diǎn)。

此前，我們僅僅談到有關(guān)當(dāng)前上下文的變量對(duì)象。這里，我們看到變量“y”在函數(shù)“foo”中定義（意味著它在foo上下文的AO中），但是變量“x”并未在“foo”上下文中定義，相應(yīng)地，它也不會(huì)添加到“foo”的AO中。乍一看，變量“x”相對(duì)于函數(shù)“foo”根本就不存在；但正如我們在下面看到的——也僅僅是“一瞥”，我們發(fā)現(xiàn)，“foo”上下文的活動(dòng)對(duì)象中僅包含一個(gè)屬性－－“y”。

fooContext.AO = {
  y: undefined // undefined – 進(jìn)入上下文的時(shí)候是20 – at activation
};

函數(shù)“foo”如何訪問到變量“x”？理論上函數(shù)應(yīng)該能訪問一個(gè)更高一層上下文的變量對(duì)象。實(shí)際上它正是這樣，這種機(jī)制是通過函數(shù)內(nèi)部的[[scope]]屬性來實(shí)現(xiàn)的。

[[scope]]是所有父變量對(duì)象的層級(jí)鏈，處于當(dāng)前函數(shù)上下文之上，在函數(shù)創(chuàng)建時(shí)存于其中。

注意這重要的一點(diǎn)－－[[scope]]在函數(shù)創(chuàng)建時(shí)被存儲(chǔ)－－靜態(tài)（不變的），永遠(yuǎn)永遠(yuǎn)，直至函數(shù)銷毀。即：函數(shù)可以永不調(diào)用，但[[scope]]屬性已經(jīng)寫入，并存儲(chǔ)在函數(shù)對(duì)象中。

另外一個(gè)需要考慮的是－－與作用域鏈對(duì)比，[[scope]]是函數(shù)的一個(gè)屬性而不是上下文?？紤]到上面的例子，函數(shù)“foo”的[[scope]]如下：

foo.[[Scope]] = [
  globalContext.VO // === Global
];

舉例來說，我們用通常的ECMAScript 數(shù)組展現(xiàn)作用域和[[scope]]。

繼續(xù)，我們知道在函數(shù)調(diào)用時(shí)進(jìn)入上下文，這時(shí)候活動(dòng)對(duì)象被創(chuàng)建，this和作用域（作用域鏈）被確定。讓我們詳細(xì)考慮這一時(shí)刻。

函數(shù)激活

正如在定義中說到的，進(jìn)入上下文創(chuàng)建AO/VO之后，上下文的Scope屬性（變量查找的一個(gè)作用域鏈）作如下定義：

Scope = AO|VO + [[Scope]]

上面代碼的意思是：活動(dòng)對(duì)象是作用域數(shù)組的第一個(gè)對(duì)象，即添加到作用域的前端。

Scope = [AO].concat([[Scope]]);

這個(gè)特點(diǎn)對(duì)于標(biāo)示符解析的處理來說很重要。

標(biāo)示符解析是一個(gè)處理過程，用來確定一個(gè)變量（或函數(shù)聲明）屬于哪個(gè)變量對(duì)象。

這個(gè)算法的返回值中，我們總有一個(gè)引用類型，它的base組件是相應(yīng)的變量對(duì)象（或若未找到則為null）,屬性名組件是向上查找的標(biāo)示符的名稱。引用類型的詳細(xì)信息在第13章.this中已討論。

標(biāo)識(shí)符解析過程包含與變量名對(duì)應(yīng)屬性的查找，即作用域中變量對(duì)象的連續(xù)查找，從最深的上下文開始，繞過作用域鏈直到最上層。

這樣一來，在向上查找中，一個(gè)上下文中的局部變量較之于父作用域的變量擁有較高的優(yōu)先級(jí)。萬一兩個(gè)變量有相同的名稱但來自不同的作用域，那么第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的是在最深作用域中。

我們用一個(gè)稍微復(fù)雜的例子描述上面講到的這些。

var x = 10;

function foo() {
  var y = 20;

  function bar() {
    var z = 30;
    alert(x +  y + z);
  }

  bar();
}

foo(); // 60

對(duì)此，我們有如下的變量/活動(dòng)對(duì)象，函數(shù)的的[[scope]]屬性以及上下文的作用域鏈：

全局上下文的變量對(duì)象是：

globalContext.VO === Global = {
  x: 10
  foo: <reference to function>
};

在“foo”創(chuàng)建時(shí)，“foo”的[[scope]]屬性是：

foo.[[Scope]] = [
  globalContext.VO
];

在“foo”激活時(shí)（進(jìn)入上下文），“foo”上下文的活動(dòng)對(duì)象是：

fooContext.AO = {
  y: 20,
  bar: <reference to function>
};

“foo”上下文的作用域鏈為：

fooContext.Scope = fooContext.AO + foo.[[Scope]] // i.e.:

fooContext.Scope = [
  fooContext.AO,
  globalContext.VO
];

內(nèi)部函數(shù)“bar”創(chuàng)建時(shí)，其[[scope]]為：

bar.[[Scope]] = [
  fooContext.AO,
  globalContext.VO
];

在“bar”激活時(shí)，“bar”上下文的活動(dòng)對(duì)象為：

barContext.AO = {
  z: 30
};

“bar”上下文的作用域鏈為：

barContext.Scope = barContext.AO + bar.[[Scope]] // i.e.:

barContext.Scope = [
  barContext.AO,
  fooContext.AO,
  globalContext.VO
];

對(duì)“x”、“y”、“z”的標(biāo)識(shí)符解析如下：

- "x"
-- barContext.AO // not found
-- fooContext.AO // not found
-- globalContext.VO // found - 10

- "y"
-- barContext.AO // not found
-- fooContext.AO // found - 20

- "z"
-- barContext.AO // found - 30

作用域特征

讓我們看看與作用域鏈和函數(shù)[[scope]]屬性相關(guān)的一些重要特征。

閉包

在ECMAScript中，閉包與函數(shù)的[[scope]]直接相關(guān)，正如我們提到的那樣，[[scope]]在函數(shù)創(chuàng)建時(shí)被存儲(chǔ)，與函數(shù)共存亡。實(shí)際上，閉包是函數(shù)代碼和其[[scope]]的結(jié)合。因此，作為其對(duì)象之一，[[Scope]]包括在函數(shù)內(nèi)創(chuàng)建的詞法作用域（父變量對(duì)象）。當(dāng)函數(shù)進(jìn)一步激活時(shí)，在變量對(duì)象的這個(gè)詞法鏈（靜態(tài)的存儲(chǔ)于創(chuàng)建時(shí)）中，來自較高作用域的變量將被搜尋。

例如：

var x = 10;

function foo() {
  alert(x);
}

(function () {
  var x = 20;
  foo(); // 10, but not 20
})();

我們再次看到，在標(biāo)識(shí)符解析過程中，使用函數(shù)創(chuàng)建時(shí)定義的詞法作用域－－變量解析為10，而不是30。此外，這個(gè)例子也清晰的表明，一個(gè)函數(shù)（這個(gè)例子中為從函數(shù)“foo”返回的匿名函數(shù)）的[[scope]]持續(xù)存在，即使是在函數(shù)創(chuàng)建的作用域已經(jīng)完成之后。

關(guān)于ECMAScript中閉包的理論和其執(zhí)行機(jī)制的更多細(xì)節(jié)，閱讀16章閉包。

通過構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建的函數(shù)的[[scope]]

在上面的例子中，我們看到，在函數(shù)創(chuàng)建時(shí)獲得函數(shù)的[[scope]]屬性，通過該屬性訪問到所有父上下文的變量。但是，這個(gè)規(guī)則有一個(gè)重要的例外，它涉及到通過函數(shù)構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建的函數(shù)。

var x = 10;

function foo() {

  var y = 20;

  function barFD() { // 函數(shù)聲明
    alert(x);
    alert(y);
  }

  var barFE = function () { // 函數(shù)表達(dá)式
    alert(x);
    alert(y);
  };

  var barFn = Function('alert(x); alert(y);');

  barFD(); // 10, 20
  barFE(); // 10, 20
  barFn(); // 10, "y" is not defined

}

foo();

我們看到，通過函數(shù)構(gòu)造函數(shù)（Function constructor）創(chuàng)建的函數(shù)“bar”，是不能訪問變量“y”的。但這并不意味著函數(shù)“barFn”沒有[[scope]]屬性（否則它不能訪問到變量“x”）。問題在于通過函構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建的函數(shù)的[[scope]]屬性總是唯一的全局對(duì)象?？紤]到這一點(diǎn)，如通過這種函數(shù)創(chuàng)建除全局之外的最上層的上下文閉包是不可能的。

二維作用域鏈查找

在作用域鏈中查找最重要的一點(diǎn)是變量對(duì)象的屬性（如果有的話）須考慮其中－－源于ECMAScript 的原型特性。如果一個(gè)屬性在對(duì)象中沒有直接找到，查詢將在原型鏈中繼續(xù)。即常說的二維鏈查找。（1）作用域鏈環(huán)節(jié)；（2）每個(gè)作用域鏈－－深入到原型鏈環(huán)節(jié)。如果在Object.prototype 中定義了屬性，我們能看到這種效果。

function foo() {
  alert(x);
}

Object.prototype.x = 10;

foo(); // 10

活動(dòng)對(duì)象沒有原型，我們可以在下面的例子中看到：

function foo() {

  var x = 20;

  function bar() {
    alert(x);
  }

  bar();
}

Object.prototype.x = 10;

foo(); // 20

如果函數(shù)“bar”上下文的激活對(duì)象有一個(gè)原型，那么“x”將在Object.prototype 中被解析，因?yàn)樗贏O中不被直接解析。但在上面的第一個(gè)例子中，在標(biāo)識(shí)符解析中，我們到達(dá)全局對(duì)象（在一些執(zhí)行中并不全是這樣），它從Object.prototype繼承而來，響應(yīng)地，“x”解析為10。

同樣的情況出現(xiàn)在一些版本的SpiderMokey 的命名函數(shù)表達(dá)式（縮寫為NFE）中，在那里特定的對(duì)象存儲(chǔ)從Object.prototype繼承而來的函數(shù)表達(dá)式的可選名稱，在Blackberry中的一些版本中，執(zhí)行時(shí)激活對(duì)象從Object.prototype繼承。但是，關(guān)于該特色的更多細(xì)節(jié)在第15章函數(shù)討論。

全局和eval上下文中的作用域鏈

這里不一定很有趣，但必須要提示一下。全局上下文的作用域鏈僅包含全局對(duì)象。代碼eval的上下文與當(dāng)前的調(diào)用上下文（calling context）擁有同樣的作用域鏈。

globalContext.Scope = [
  Global
];

evalContext.Scope === callingContext.Scope;

代碼執(zhí)行時(shí)對(duì)作用域鏈的影響

在ECMAScript 中，在代碼執(zhí)行階段有兩個(gè)聲明能修改作用域鏈。這就是with聲明和catch語句。它們添加到作用域鏈的最前端，對(duì)象須在這些聲明中出現(xiàn)的標(biāo)識(shí)符中查找。如果發(fā)生其中的一個(gè)，作用域鏈簡要的作如下修改：

Scope = withObject|catchObject + AO|VO + [[Scope]]

在這個(gè)例子中添加對(duì)象，對(duì)象是它的參數(shù)（這樣，沒有前綴，這個(gè)對(duì)象的屬性變得可以訪問）。

var foo = {x: 10, y: 20};

with (foo) {
  alert(x); // 10
  alert(y); // 20
}

作用域鏈修改成這樣：

Scope = foo + AO|VO + [[Scope]]

我們再次看到，通過with語句，對(duì)象中標(biāo)識(shí)符的解析添加到作用域鏈的最前端：

var x = 10, y = 10;

with ({x: 20}) {

  var x = 30, y = 30;

  alert(x); // 30
  alert(y); // 30
}

alert(x); // 10
alert(y); // 30

在進(jìn)入上下文時(shí)發(fā)生了什么？標(biāo)識(shí)符“x”和“y”已被添加到變量對(duì)象中。此外，在代碼運(yùn)行階段作如下修改：

1. x = 10, y = 10;
2. 對(duì)象{x:20}添加到作用域的前端;
3. 在with內(nèi)部，遇到了var聲明，當(dāng)然什么也沒創(chuàng)建，因?yàn)樵谶M(jìn)入上下文時(shí)，所有變量已被解析添加;
4. 在第二步中，僅修改變量“x”，實(shí)際上對(duì)象中的“x”現(xiàn)在被解析，并添加到作用域鏈的最前端，“x”為20，變?yōu)?0;
5. 同樣也有變量對(duì)象“y”的修改，被解析后其值也相應(yīng)的由10變?yōu)?0;
6. 此外，在with聲明完成后，它的特定對(duì)象從作用域鏈中移除（已改變的變量“x”－－30也從那個(gè)對(duì)象中移除），即作用域鏈的結(jié)構(gòu)恢復(fù)到with得到加強(qiáng)以前的狀態(tài)。
7. 在最后兩個(gè)alert中，當(dāng)前變量對(duì)象的“x”保持同一，“y”的值現(xiàn)在等于30，在with聲明運(yùn)行中已發(fā)生改變。

同樣，catch語句的異常參數(shù)變得可以訪問，它創(chuàng)建了只有一個(gè)屬性的新對(duì)象－－異常參數(shù)名。圖示看起來像這樣：

try {
  ...
} catch (ex) {
  alert(ex);
}

作用域鏈修改為：

var catchObject = {
  ex: <exception object>
};

Scope = catchObject + AO|VO + [[Scope]]

在catch語句完成運(yùn)行之后，作用域鏈恢復(fù)到以前的狀態(tài)。

結(jié)論

在這個(gè)階段，我們幾乎考慮了與執(zhí)行上下文相關(guān)的所有常用概念，以及與它們相關(guān)的細(xì)節(jié)。按照計(jì)劃－－函數(shù)對(duì)象的詳細(xì)分析：函數(shù)類型（函數(shù)聲明，函數(shù)表達(dá)式）和閉包。順便說一下，在這篇文章中，閉包直接與[[scope]]屬性相關(guān)，但是，關(guān)于它將在合適的篇章中討論。我很樂意在評(píng)論中回答你的問題。

其它參考

• 8.6.2 – [[Scope]]
• 10.1.4 – Scope Chain and Identifier Resolution