JavaScript內(nèi)部原理之變量對象
我們總是會在程序中定義一些函數(shù)和變量，之后會使用這些函數(shù)和變量來構(gòu)建我們的系統(tǒng)。
然而，對于解釋器來說，它又是如何以及從哪里找到這些數(shù)據(jù)的(函數(shù)，變量)?當(dāng)引用一個(gè)對象的時(shí)候，在解釋器內(nèi)部又發(fā)生了什么?
許多ECMA腳本程序員都知道，變量和執(zhí)行上下文是密切相關(guān)的：
- var a = 10; // 全局上下文中的變量
- (function () {
- var b = 20; // 函數(shù)上下文中的本地變量
- })();
- alert(a); // 10
- alert(b); // "b" is not defined
不僅如此，許多程序員也都知道，ECMAScript標(biāo)準(zhǔn)中指出獨(dú)立的作用域只有通過“函數(shù)代碼”(可執(zhí)行代碼類型中的一種)才能創(chuàng)建出來。比方說，與C/C++不同的是，在ECMAScript中for循環(huán)的代碼塊是無法創(chuàng)建本地上下文的：
- for (var k in {a: 1, b: 2}) {
- alert(k);
- }
- alert(k); // 盡管循環(huán)已經(jīng)結(jié)束，但是變量“k”仍然在作用域中
下面就來詳細(xì)介紹下，當(dāng)申明變量和函數(shù)的時(shí)候，究竟發(fā)生了什么。
數(shù)據(jù)申明
既然變量和執(zhí)行上下文有關(guān)，那它就該知道數(shù)據(jù)存儲在哪里以及如何獲取。這種機(jī)制就稱作變量對象：
A variable object (in abbreviated form — VO) is a special object related with an execution context and which stores:
◆ variables (var, VariableDeclaration);
◆ function declarations (FunctionDeclaration, in abbreviated form FD);
◆ and function formal parameters
◆ declared in the context.
舉個(gè)例子，可以用ECMAScript的對象來表示變量對象：
- VO = {};
VO同時(shí)也是一個(gè)執(zhí)行上下文的屬性：
- activeExecutionContext = {
- VO: {
- // 上下文中的數(shù)據(jù) (變量申明（var）, 函數(shù)申明（FD), 函數(shù)形參（function arguments）)
- }
- };
對變量的間接引用(通過VO的屬性名)只允許發(fā)生在全局上下文中的變量對象上(全局對象本身就是變量對象，這部分會在后續(xù)作相應(yīng)的介紹)。 對于其他的上下文而言，是無法直接引用VO的，因?yàn)閂O是實(shí)現(xiàn)層的。
申明新的變量和函數(shù)的過程其實(shí)就是在VO中創(chuàng)建新的和變量以及函數(shù)名對應(yīng)的屬性和屬性值的過程。
如下所示：
- var a = 10;
- function test(x) {
- var b = 20;
- };
- test(30);
上述代碼對應(yīng)的變量對象則如下所示：
- // 全局上下文中的變量對象
- VO(globalContext) = {
- a: 10,
- test:
- };
- // “test”函數(shù)上下文中的變量對象
- VO(test functionContext) = {
- x: 30,
- b: 20
- };
但是，在實(shí)現(xiàn)層(標(biāo)準(zhǔn)中定義的)，變量對象只是一個(gè)抽象的概念。在實(shí)際執(zhí)行上下文中，VO可能完全不叫VO，并且初始的結(jié)構(gòu)也可能完全不同。
不同執(zhí)行上下文中的變量對象
變量對象上的一些操作(比如：變量的初始化)和行為對于所有的執(zhí)行上下文類型來說都已一樣的。從這一點(diǎn)來說，將變量對象表示成抽象的概念更加合適。 函數(shù)上下文還能定義額外的與變量對象相關(guān)的信息。
- AbstractVO (generic behavior of the variable instantiation process)
- ║
- ╠══> GlobalContextVO
- ║ (VO === this === global)
- ║
- ╚══> FunctionContextVO
- (VO === AO, object and are added)
接下來對這塊內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)介紹。
全局上下文中的變量對象
首先，有必要對全局對象(Global object)作個(gè)定義。
全局對象是一個(gè)在進(jìn)入任何執(zhí)行上下文前就創(chuàng)建出來的對象;此對象以單例形式存在;它的屬性在程序任何地方都可以直接訪問，其生命周期隨著程序的結(jié)束而終止。
全局對象在創(chuàng)建的時(shí)候，諸如Math,String,Date,parseInt等等屬性也會被初始化，同時(shí)，其中一些對象會指向全局對象本身——比如，DOM中，全局對象上的window屬性就指向了全局對象(但是，并非所有的實(shí)現(xiàn)都是如此)：
- global = {
- Math: ,
- String:
- ...
- ...
- window: global
- };
在引用全局對象的屬性時(shí)，前綴通?？梢允÷裕?yàn)槿謱ο笫遣荒芡ㄟ^名字直接訪問的。然而，通過全局對象上的this值，以及通過如DOM中的window對象這樣遞歸引用的方式都可以訪問到全局對象：
- String(10); // 等同于 global.String(10);
- // 帶前綴
- window.a = 10; // === global.window.a = 10 === global.a = 10;
- this.b = 20; // global.b = 20;
回到全局上下文的變量對象上——這里變量對象就是全局對象本身：
- VO(globalContext) === global;
準(zhǔn)確地理解這個(gè)事實(shí)是非常必要的：正是由于這個(gè)原因，當(dāng)在全局上下文中申明一個(gè)變量時(shí)，可以通過全局對象上的屬性來間地引用該變量(比方說，當(dāng)變量名提前未知的情況下)
- var a = new String('test');
- alert(a); // directly, is found in VO(globalContext): "test"
- alert(window['a']); // indirectly via global === VO(globalContext): "test"
- alert(a === this.a); // true
- var aKey = 'a';
- alert(window[aKey]); // indirectly, with dynamic property name: "test"
函數(shù)上下文中的變量對象
在函數(shù)的執(zhí)行上下文中，VO是不能直接訪問的。它主要扮演被稱作活躍對象(activation object)(簡稱：AO)的角色。
- VO(functionContext) === AO;
活躍對象會在進(jìn)入函數(shù)上下文的時(shí)候創(chuàng)建出來，初始化的時(shí)候會創(chuàng)建一個(gè)arguments屬性，其值就是Arguments對象：
- AO = {
- arguments:
- };
Arguments對象是活躍對象上的屬性，它包含了如下屬性：
◆ callee —— 對當(dāng)前函數(shù)的引用
◆ length —— 實(shí)參的個(gè)數(shù)
◆ properties-indexes(數(shù)字，轉(zhuǎn)換成字符串)其值是函數(shù)參數(shù)的值(參數(shù)列表中，從左到右)。properties-indexes的個(gè)數(shù) == arguments.length;
arguments對象的properties-indexes的值和當(dāng)前(實(shí)際傳遞的)形參是共享的。
如下所示：
- function foo(x, y, z) {
- // 定義的函數(shù)參數(shù)（x,y,z）的個(gè)數(shù)
- alert(foo.length); // 3
- // 實(shí)際傳遞的參數(shù)個(gè)數(shù)
- alert(arguments.length); // 2
- // 引用函數(shù)自身
- alert(arguments.callee === foo); // true
- // 參數(shù)互相共享
- alert(x === arguments[0]); // true
- alert(x); // 10
- arguments[0] = 20;
- alert(x); // 20
- x = 30;
- alert(arguments[0]); // 30
- // 然而，對于沒有傳遞的參數(shù)z，
- // 相關(guān)的arguments對象的index-property是不共享的
- z = 40;
- alert(arguments[2]); // undefined
- arguments[2] = 50;
- alert(z); // 40
- }
- foo(10, 20);
上述例子，在當(dāng)前的Google Chrome瀏覽器中有個(gè)bug——參數(shù)z和arguments[2]也是互相共享的。
處理上下文代碼的幾個(gè)階段
至此，也就到了本文最核心的部分了。處理執(zhí)行上下文代碼分為兩個(gè)階段：
進(jìn)入執(zhí)行上下文
執(zhí)行代碼
對變量對象的修改和這兩個(gè)階段密切相關(guān)。
要注意的是，這兩個(gè)處理階段是通用的行為，與上下文類型無關(guān)(不管是全局上下文還是函數(shù)上下文都是一致的)。
進(jìn)入執(zhí)行上下文
一旦進(jìn)入執(zhí)行上下文(在執(zhí)行代碼之前)，VO就會被一些屬性填充(在此前已經(jīng)描述過了)：
◆ 函數(shù)的形參(當(dāng)進(jìn)入函數(shù)執(zhí)行上下文時(shí))
—— 變量對象的一個(gè)屬性，其屬性名就是形參的名字，其值就是實(shí)參的值;對于沒有傳遞的參數(shù)，其值為undefined
◆ 函數(shù)申明(FunctionDeclaration, FD) —— 變量對象的一個(gè)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
◆ 變量申明(var，VariableDeclaration) —— 變量對象的一個(gè)屬性，其屬性名即為變量名，其值為undefined;如果變量名和已經(jīng)申明的函數(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。
看下面這個(gè)例子：
- function test(a, b) {
- var c = 10;
- function d() {}
- var e = function _e() {};
- (function x() {});
- }
- test(10); // call
當(dāng)以10為參數(shù)進(jìn)入“test”函數(shù)上下文的時(shí)候，對應(yīng)的AO如下所示：
- AO(test) = {
- a: 10,
- b: undefined,
- c: undefined,
- d: <reference to FunctionDeclaration "d">
- e: undefined
- };
注意了，上面的AO并不包含函數(shù)“x”。這是因?yàn)檫@里的“x”并不是函數(shù)申明而是函數(shù)表達(dá)式(FunctionExpression，簡稱FE)，函數(shù)表達(dá)式不會對VO造成影響。 盡管函數(shù)“_e”也是函數(shù)表達(dá)式，然而，正如我們所看到的，由于它被賦值給了變量“e”，因此它可以通過“e”來訪問到。關(guān)于函數(shù)申明和函數(shù)表達(dá)式的區(qū)別會在第五章——函數(shù)作具體介紹。
至此，處理上下文代碼的第一階段介紹完了，接下來介紹第二階段——執(zhí)行代碼階段。
執(zhí)行代碼
此時(shí)，AO/VO的屬性已經(jīng)填充好了。(盡管，大部分屬性都還沒有賦予真正的值，都只是初始化時(shí)候的undefined值)。
繼續(xù)以上一例子為例，到了執(zhí)行代碼階段，AO/VO就會修改成為如下形式：
- AO['c'] = 10;
- AO['e'] = ;
再次注意到，這里函數(shù)表達(dá)式“_e”仍在內(nèi)存中，這是因?yàn)樗槐４嬖谏昝鞯淖兞?ldquo;e”中，而同樣是函數(shù)表達(dá)式的“x”卻不在AO/VO中： 如果嘗試在定義前或者定義后調(diào)用“x”函數(shù)，這時(shí)會發(fā)生“x為定義”的錯(cuò)誤。未保存的函數(shù)表達(dá)式只有在定義或者遞歸時(shí)才能調(diào)用。
如下是更加典型的例子：
- alert(x); // function
- var x = 10;
- alert(x); // 10
- x = 20;
- function x() {};
- alert(x); // 20
上述例子中，為何“x”打印出來是函數(shù)呢?為何在申明前就可以訪問到?又為何不是10或者20呢?原因在于，根據(jù)規(guī)則——在進(jìn)入上下文的時(shí)候，VO會被填充函數(shù)申明; 同一階段，還有變量申明“x”，但是，正如此前提到的，變量申明是在函數(shù)申明和函數(shù)形參之后，并且，變量申明不會對已經(jīng)存在的同樣名字的函數(shù)申明和函數(shù)形參發(fā)生沖突， 因此，在進(jìn)入上下文的階段，VO填充為如下形式：
- VO = {};
- VO['x'] =
- // 發(fā)現(xiàn)var x = 10;
- // 如果函數(shù)“x”還未定義
- // 則 "x" 為undefined, 但是，在我們的例子中
- // 變量申明并不會影響同名的函數(shù)值
- VO['x'] =
隨后，在執(zhí)行代碼階段，VO被修改為如下所示：
- VO['x'] = 10;
- VO['x'] = 20;
正如在第二個(gè)和第三個(gè)alert顯示的那樣。
如下例子再次看到在進(jìn)入上下文階段，變量存儲在VO中(因此，盡管else的代碼塊永遠(yuǎn)都不會執(zhí)行到，而“b”卻仍然在VO中)：
- if (true) {
- var a = 1;
- } else {
- var b = 2;
- }
- alert(a); // 1
- alert(b); // undefined, but not "b is not defined"
關(guān)于變量
大多數(shù)講JavaScript的文章甚至是JavaScript的書通常都會這么說：“申明全局變量的方式有兩種，一種是使用var關(guān)鍵字(在全局上下文中)，另外一種是不用var關(guān)鍵字(在任何位置)”。 而這樣的描述是錯(cuò)誤的。要記住的是：
使用var關(guān)鍵字是申明變量的唯一方式
如下賦值語句：
- a = 10;
僅僅是在全局對象上創(chuàng)建了新的屬性(而不是變量)。“不是變量”并不意味著它無法改變，它是ECMAScript中變量的概念(它之后可以變?yōu)槿謱ο蟮膶傩?，因?yàn)閂O(globalContext) === global，還記得吧?)
不同點(diǎn)如下所示：
- alert(a); // undefined
- alert(b); // "b" is not defined
- b = 10;
- var a = 20;
接下來還是要談到VO和在不同階段對VO的修改(進(jìn)入上下文階段和執(zhí)行代碼階段)：
進(jìn)入上下文：
- VO = {
- a: undefined
- };
我們看到，這個(gè)階段并沒有任何“b”，因?yàn)樗皇亲兞浚?ldquo;b”在執(zhí)行代碼階段才出現(xiàn)。(但是，在我們這個(gè)例子中也不會出現(xiàn)，因?yàn)樵?ldquo;b”出現(xiàn)前就發(fā)生了錯(cuò)誤)
將上述代碼稍作改動：
- alert(a); // undefined, we know why
- b = 10;
- alert(b); // 10, created at code execution
- var a = 20;
- alert(a); // 20, modified at code execution
這里關(guān)于變量還有非常重要的一點(diǎn)：與簡單屬性不同的是，變量是不能刪除的{DontDelete},這意味著要想通過delete操作符來刪除一個(gè)變量是不可能的。
- a = 10;
- alert(window.a); // 10
- alert(delete a); // true
- alert(window.a); // undefined
- var b = 20;
- alert(window.b); // 20
- alert(delete b); // false
- alert(window.b); // still 20
但是，這里有個(gè)例外，就是“eval”執(zhí)行上下文中，是可以刪除變量的：
- eval('var a = 10;');
- alert(window.a); // 10
- alert(delete a); // true
- alert(window.a); // undefined
利用某些debug工具，在終端測試過這些例子的童鞋要注意了：其中Firebug也是使用了eval來執(zhí)行終端的代碼。因此，這個(gè)時(shí)候var也是可以刪除的。
實(shí)現(xiàn)層的特性：__parent__屬性
正如此前介紹的，標(biāo)準(zhǔn)情況下，是無法直接訪問激活對象的。然而，在某些實(shí)現(xiàn)中，比如知名的SpiderMonkey和Rhino,函數(shù)有個(gè)特殊的屬性__parent__， 該屬性是對該函數(shù)創(chuàng)建所在的激活對象的引用(或者全局變量對象)。
如下所示(SpiderMonkey,Rhino)：
- var global = this;
- var a = 10;
- function foo() {}
- alert(foo.__parent__); // global
- var VO = foo.__parent__;
- alert(VO.a); // 10
- alert(VO === global); // true
上述例子中，可以看到函數(shù)foo是在全局上下文中創(chuàng)建的，相應(yīng)的，它的__parent__屬性設(shè)置為全局上下文的變量對象，比如說：全局對象。
然而，在SpiderMonkey中以相同的方式獲取激活對象是不可能的：不同的版本表現(xiàn)都不同，內(nèi)部函數(shù)的__parent__屬性會返回null或者全局對象。
在Rhino中，以相同的方式獲取激活對象是允許的：
如下所示(Rhino)：
- var global = this;
- var x = 10;
- (function foo() {
- var y = 20;
- // the activation object of the "foo" context
- var AO = (function () {}).__parent__;
- print(AO.y); // 20
- // __parent__ of the current activation
- // object is already the global object,
- // i.e. the special chain of variable objects is formed,
- // so-called, a scope chain
- print(AO.__parent__ === global); // true
- print(AO.__parent__.x); // 10
- })();
總結(jié)
本文，我們介紹了與執(zhí)行上下文相關(guān)的對象。希望，本文能夠?qū)Υ蠹矣兴鶐椭?，同時(shí)也希望本文能夠起到解惑的作用。
說明
此文譯自Dmitry A.Soshnikov 的文章Variable object 。另，此文還有另外一位同事(宋珍珍)共同參譯
原文：http://goddyzhao.tumblr.com/post/11141710441/variable-object
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