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JavaScript必須掌握的基礎(chǔ) --- 閉包

2020-6-1 seo達(dá)人

閉包(Closure)的定義

閉包是一個(gè)讓初級(jí)JavaScript使用者既熟悉又陌生的一個(gè)概念。因?yàn)殚]包在我們書寫JavaScript代碼時(shí)，隨處可見，但是我們又不知道哪里用了閉包。

關(guān)于閉包的定義，網(wǎng)上(書上)的解釋總是千奇百怪，我們也只能“取其精華去其糟粕”去總結(jié)一下。

即使函數(shù)在當(dāng)前作用域外調(diào)用，但是還能訪問當(dāng)前作用域中的變量和函數(shù)
有權(quán)訪問另一個(gè)函數(shù)作用域中的變量(函數(shù))的函數(shù)。
閉包是指那些能夠訪問自由變量的函數(shù)

ECMAScript中，閉包指的是：

從理論角度：所有的函數(shù)都是閉包。因?yàn)樗鼈兌荚趧?chuàng)建的時(shí)候就將上層上下文的數(shù)據(jù)保存起來了。哪怕是簡(jiǎn)單的全局變量也是如此，因?yàn)楹瘮?shù)中訪問全局變量也就相當(dāng)于是在訪問自由變量，這個(gè)時(shí)候使用最外層的作用域。
從實(shí)踐角度：一下才算是閉包：
- 即使創(chuàng)建它的上下文已經(jīng)銷毀，它仍然存在。
- 在代碼中引用了自由變量。

閉包跟詞法作用域，作用域鏈，執(zhí)行上下文這幾個(gè)JavaScript中重要的概念都有關(guān)系，因此要想真的理解閉包，至少要對(duì)那幾個(gè)概念不陌生。

閉包的優(yōu)點(diǎn)：

可以是用函數(shù)內(nèi)部的變量(函數(shù))，也可以說是可以訪問函數(shù)作用域。
擁有私有變量，避免污染全局變量

閉包的缺點(diǎn)：

私有變量一直存在，占用內(nèi)存。

我們來一步一步引出閉包。

自執(zhí)行函數(shù) ( IIFE )

自執(zhí)行函數(shù)也叫立即調(diào)用函數(shù)(IIFE)，是一個(gè)在定義時(shí)就執(zhí)行的函數(shù)。

var a=1;
(function() { console.log(a)
})()

上述代碼是一個(gè)最簡(jiǎn)單的自執(zhí)行函數(shù)。

在ES6之前，是沒有塊級(jí)作用域的，只有全局作用域和函數(shù)作用域，因此自執(zhí)行函數(shù)還能在ES6之前實(shí)現(xiàn)塊級(jí)作用域。

// ES6 塊級(jí)作用域 var a = 1; if(true) { let a=111; console.log(a); // 111 } console.log(a); // 1

這里 if{} 中用let聲明了一個(gè) a。這個(gè) a 就具有塊級(jí)作用域，在這個(gè) {} 中訪問 a ，永遠(yuǎn)訪問的都是 let 聲明的a，跟全局作用域中的a沒有關(guān)系。如果我們把 let 換成 var ，就會(huì)污染全局變量 a 。

如果用自執(zhí)行函數(shù)來實(shí)現(xiàn)：

var a = 1;
(function() { if(true) { var a=111; console.log(a); // 111 }
})() console.log(a); // 1

為什么要在這里要引入自執(zhí)行函數(shù)的概念呢？因?yàn)橥ǔＮ覀儠?huì)用自執(zhí)行函數(shù)來創(chuàng)建閉包，實(shí)現(xiàn)一定的效果。

來看一個(gè)基本上面試提問題：

for(var i=0;i<5;i++) {
    setTimeout(function() { console.log(i);
    },1000)
}

在理想狀態(tài)下我們期望輸出的是 0 ，1 ，2 ，3 ，4。但是實(shí)際上輸出的是5 ，5 ，5 ，5 ，5。為什么是這樣呢？其實(shí)這里不僅僅涉及到作用域，作用域鏈還涉及到Event Loop、微任務(wù)、宏任務(wù)。但是在這里不講這些。

下面我們先解釋它為什么會(huì)輸出 5個(gè)5，然后再用自執(zhí)行函數(shù)來修改它，以達(dá)到我們預(yù)期的結(jié)果。

提示：for 循環(huán)中，每一次的都聲明一個(gè)同名變量，下一個(gè)變量的值為上一次循環(huán)執(zhí)行完同名變量的值。

首先用var聲明變量 for 是不會(huì)產(chǎn)生塊級(jí)作用域的，所以在 () 中聲明的 i 為全局變量。相當(dāng)于：

// 偽代碼 var i; for(i=0;i<5;i++) {
    setTimeout(function() { console.log(i);
    },1000)
}

setTimeout中的第一個(gè)參數(shù)為一個(gè)全局的匿名函數(shù)。相當(dāng)于：

// 偽代碼 var i; var f = function() { console.log(i);
} for(i=0;i<5;i++) {
    setTimeout(f,1000)
}

由于setTimeout是在1秒之后執(zhí)行的，這個(gè)時(shí)候for循環(huán)已經(jīng)執(zhí)行完畢，此時(shí)的全局變量 i 已經(jīng)變成了 5 。1秒后5個(gè)setTimeout中的匿名函數(shù)會(huì)同時(shí)執(zhí)行，也就是5個(gè) f 函數(shù)執(zhí)行。這個(gè)時(shí)候 f 函數(shù)使用的變量 i 根據(jù)作用域鏈的查找規(guī)則找到了全局作用域中的 i 。因此會(huì)輸出 5 個(gè)5。

那我們?cè)鯓觼硇薷乃兀?

思路1：讓setTimeout匿名函數(shù)中訪問的變量 i 不再訪問全局作用域中的 i 。因此把它包裹在一個(gè)函數(shù)作用域中。這時(shí) 匿名函數(shù)訪問變量 i 時(shí)，會(huì)先去包裹它的函數(shù)作用域中查找。

for(var i=0;i<5;i++) {
    (function (){ setTimeout(function() { console.log(i);
        },1000)
    })();
}

上述例子會(huì)輸出我們期望的值嗎？答案是否。為什么呢？我們雖然把 setTimeout 包裹在一個(gè)匿名函數(shù)中了，但是當(dāng)setTimeout中匿名函數(shù)執(zhí)行時(shí)，首先去匿名函數(shù)中查找 i 的值，找不到還是會(huì)找到全局作用域中，最終 i 的值仍然是全局變量中的 i ，仍然為 5個(gè)5.

那我們把外層的匿名函數(shù)中聲明一個(gè)變量 j 讓setTimeout中的匿名函數(shù)訪問這個(gè) j 不就找不到全局變量中的變量了嗎。

for(var i=0;i<5;i++) {
    (function (){ var j = i;
        setTimeout(function() { console.log(j);
        },1000)
    })();
}

這個(gè)時(shí)候才達(dá)到了我們預(yù)期的結(jié)果：0 1 2 3 4。

我們來優(yōu)化一下：

for(var i=0;i<5;i++) {
    (function (i){ setTimeout(function() { console.log(i);
        },1000)
    })(i);
}

*思路2：用 let 聲明變量，產(chǎn)生塊級(jí)作用域。

for(let i=0;i<5;i++) {
    setTimeout(function() { console.log(i);
    },1000)
}

這時(shí)for循環(huán)5次，產(chǎn)生 5 個(gè)塊級(jí)作用域，也會(huì)聲明 5 個(gè)具有塊級(jí)作用域的變量 i ，因此setTimeout中的匿名函數(shù)每次執(zhí)行時(shí)，訪問的 i 都是當(dāng)前塊級(jí)作用域中的變量 i 。

理論中的閉包

什么是理論中的閉包？就是看似像閉包，其實(shí)并不是閉包。它只是類似于閉包。

 function foo() { var a=2; function bar() { console.log(a); // 2 }
    bar();
}
foo();

上述代碼根據(jù)最上面我們對(duì)閉包的定義，它并不完全是閉包，雖然是一個(gè)函數(shù)可以訪問另一個(gè)函數(shù)中的變量，但是被嵌套的函數(shù)是在當(dāng)前詞法作用域中被調(diào)用的。

實(shí)踐中的閉包

我們?cè)鯓影焉鲜龃afoo 函數(shù)中的bar函數(shù)，在它所在的詞法作用域外執(zhí)行呢？

下面的代碼就清晰的展示了閉包：

function foo() { var a=2; function bar() { console.log(a);
    } return bar;
} var baz=foo();
baz(); // 2 —— 朋友，這就是閉包的效果。

上述代碼中 bar 被當(dāng)做 foo函數(shù)返回值。foo函數(shù)執(zhí)行后把返回值也就是 bar函數(shù) 賦值給了全局變量 baz。當(dāng) baz 執(zhí)行時(shí)，實(shí)際上也就是 bar 函數(shù)的執(zhí)行。我們知道 foo 函數(shù)在執(zhí)行后，foo 的內(nèi)部作用域會(huì)被銷毀，因?yàn)橐嬗欣厥掌趤磲尫挪辉偈褂玫膬?nèi)存空間。所以在bar函數(shù)執(zhí)行時(shí)，實(shí)際上foo函數(shù)內(nèi)部的作用域已經(jīng)不存在了，理應(yīng)來說 bar函數(shù) 內(nèi)部再訪問 a 變量時(shí)是找不到的。但是閉包的神奇之處就在這里。由于 bar 是在 foo 作用域中被聲明的，所以 bar函數(shù) 會(huì)一直保存著對(duì) foo 作用域的引用。這時(shí)就形成了閉包。

我們先看個(gè)例子：

var scope = "global scope"; function checkscope(){ var scope = "local scope"; function f(){ return scope;
    } return f;
} var foo = checkscope();
foo();

我們用偽代碼來解釋JavaScript引擎在執(zhí)行上述代碼時(shí)的步驟：

當(dāng)JavaScript引擎遇到可執(zhí)行代碼時(shí)，就會(huì)進(jìn)入一個(gè)執(zhí)行上下文(環(huán)境)
首先遇到的是全局代碼，因此進(jìn)入全局執(zhí)行上下文，把全局執(zhí)行上下文壓入執(zhí)行上下文棧。
全局上下文創(chuàng)建時(shí)會(huì)先在內(nèi)部創(chuàng)建VO/AO，作用域鏈，this。然后執(zhí)行代碼。
當(dāng)遇到 checkscope 函數(shù)執(zhí)行時(shí)，進(jìn)入checkscope的執(zhí)行上下文，然后壓入執(zhí)行上下文棧。
checkscope 執(zhí)行上下文創(chuàng)建時(shí)會(huì)先在內(nèi)部創(chuàng)建VO/AO，作用域鏈，this。然后執(zhí)行代碼。
當(dāng)checkscope 函數(shù)執(zhí)行完畢時(shí)，會(huì)從執(zhí)行上下文棧中彈出，此時(shí)它的AO也會(huì)被瀏覽器回收。(這是理想狀態(tài)下)
執(zhí)行foo函數(shù)，向上查找foo的值，發(fā)現(xiàn)foo的值為checkscope函數(shù)內(nèi)部函數(shù)f。因此這一步為執(zhí)行 checkscope 內(nèi)部函數(shù)f。
執(zhí)行f函數(shù)同執(zhí)行 checkscope 的步驟一致。
f 函數(shù)執(zhí)行完畢，從執(zhí)行上下文棧中彈出。

但是我們想一個(gè)問題，checkscope函數(shù)執(zhí)行完畢，它的執(zhí)行上下文從棧中彈出，也就是銷毀了不存在了，f 函數(shù)還能訪問包裹函數(shù)的作用域中的變量(scope)嗎？答案是可以。

理由是在第6步，我們說過當(dāng)checkscope 執(zhí)行函數(shù)執(zhí)行完畢時(shí)，它的執(zhí)行上下文會(huì)從棧中彈出，此時(shí)活動(dòng)對(duì)象也會(huì)被回收，按理說當(dāng) f 在訪問checkscope的活動(dòng)對(duì)象時(shí)是訪問不到的。

其實(shí)這里還有個(gè)概念，叫做作用域鏈：當(dāng) checkscope 函數(shù)被創(chuàng)建時(shí)，會(huì)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的作用域鏈，里面值存放著包裹它的作用域?qū)?yīng)執(zhí)行上下文的變量對(duì)象，在這里只是全局執(zhí)行上下文的變量對(duì)象，當(dāng)checkscope執(zhí)行時(shí)，此時(shí)的作用域鏈變化了，里面存放的是變量對(duì)象(活動(dòng)對(duì)象)的集合，最頂端是當(dāng)前函數(shù)的執(zhí)行上下文的活動(dòng)對(duì)象。端是全局執(zhí)行上下文的變量對(duì)象。類似于：

checkscope.scopeChain = [
    checkscope.AO
    global.VO
]

當(dāng)checkscope執(zhí)行碰到了 f 函數(shù)的創(chuàng)建，因此 f 函數(shù)也會(huì)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的作用域鏈，默認(rèn)以包裹它的函數(shù)執(zhí)行時(shí)對(duì)應(yīng)的作用域鏈為基礎(chǔ)。因此此時(shí) f 函數(shù)創(chuàng)建時(shí)的作用域鏈如下：

checkscope.scopeChain = [
    checkscope.AO
    global.VO
]

當(dāng) f 函數(shù)執(zhí)行時(shí)，此時(shí)的作用域鏈變化如下：

checkscope.scopeChain = [
    f.AO
    checkscope.AO
    global.VO
]

當(dāng)checkscope函數(shù)執(zhí)行完畢，內(nèi)部作用域會(huì)被回收，但是 f函數(shù) 的作用域鏈還是存在的，里面存放著 checkscope函數(shù)的活動(dòng)對(duì)象，因此在f函數(shù)執(zhí)行時(shí)會(huì)從作用域鏈中查找內(nèi)部使用的 scope 標(biāo)識(shí)符，從而在作用域鏈的第二位找到了，也就是在 checkscope.AO 找到了變量scope的值。

正是因?yàn)?code style="box-sizing:border-box;font-family:SFMono-Regular, Menlo, Monaco, Consolas, "font-size:14px;color:#E83E8C;overflow-wrap:break-word;">JavaScript做到了這一點(diǎn)，因此才會(huì)有閉包的概念。還有人說閉包并不是為了擁有它采取設(shè)計(jì)它的，而是設(shè)計(jì)作用域鏈時(shí)的副作用產(chǎn)物。

閉包是JavaScript中最難的點(diǎn)，也是平常面試中常問的問題，我們必須要真正的去理解它，如果只靠死記硬背是經(jīng)不起考驗(yàn)的。

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