变量对象(Variable Object)
介绍
JavaScript 编程的时候总避免不了声明函数和变量,以成功构建我们的系统,但是解释器是如何并且在什么地方去查找这些函数和变量呢?我们引用这些对象的时候究竟发生了什么?
大多数 ECMAScript 程序员应该都知道变量与执行上下文有密切关系:
var a = 10; // 全局上下文中的变量 (function () { var b = 20; // function上下文中的局部变量 })(); alert(a); // 10 alert(b); // 全局变量 "b" 没有声明
并且,很多程序员也都知道,当前 ECMAScript 规范指出独立作用域只能通过“函数(function)”代码类型的执行上下文创建。也就是说,相对于 C/C++来说,ECMAScript 里的 for 循环并不能创建一个局部的上下文。
for (var k in {a: 1, b: 2}) { alert(k); } alert(k); // 尽管循环已经结束但变量k依然在当前作用域
我们来看看一下,我们声明数据的时候到底都发现了什么细节。
数据声明
如果变量与执行上下文相关,那变量自己应该知道它的数据存储在哪里,并且知道如何访问。这种机制称为变量对象(variable object)。
变量对象(缩写为 VO)是一个与执行上下文相关的特殊对象,它存储着在上下文中声明的以下内容:
- 变量 (var, 变量声明);
- 函数声明 (FunctionDeclaration, 缩写为 FD);
- 函数的形参;
举例来说,我们可以用普通的 ECMAScript 对象来表示一个变量对象:
VO = {};
就像我们所说的,VO 就是执行上下文的属性(property):
activeExecutionContext = { VO: { // 上下文数据(var, FD, function arguments) } };
只有全局上下文的变量对象允许通过 VO 的属性名称来间接访问(因为在全局上下文里,全局对象自身就是变量对象,稍后会详细介绍),在其它上下文中是不能直接访问 VO 对象的,因为它只是内部机制的一个实现。
当我们声明一个变量或一个函数的时候,和我们创建 VO 新属性的时候一样没有别的区别(即:有名称以及对应的值)。
例如:
var a = 10; function test(x) { var b = 20; }; test(30);
对应的变量对象是:
// 全局上下文的变量对象 VO(globalContext) = { a: 10, test: function> }; // test函数上下文的变量对象 VO(test functionContext) = { x: 30, b: 20 };
在具体实现层面(以及规范中)变量对象只是一个抽象概念。(从本质上说,在具体执行上下文中,VO 名称是不一样的,并且初始结构也不一样。
不同执行上下文中的变量对象
对于所有类型的执行上下文来说,变量对象的一些操作(如变量初始化)和行为都是共通的。从这个角度来看,把变量对象作为抽象的基本事物来理解更为容易。同样在函数上下文中也定义和变量对象相关的额外内容。
抽象变量对象VO (变量初始化过程的一般行为) ║ ╠══> 全局上下文变量对象GlobalContextVO ║ (VO === this === global) ║ ╚══> 函数上下文变量对象FunctionContextVO (VO === AO, 并且添加了<arguments>和)
我们来详细看一下:
全局上下文中的变量对象
首先,我们要给全局对象一个明确的定义:
- 全局对象(Global object) 是在进入任何执行上下文之前就已经创建了的对象;
- 这个对象只存在一份,它的属性在程序中任何地方都可以访问,全局对象的生命周期终止于程序退出那一刻。
全局对象初始创建阶段将 Math、String、Date、parseInt 作为自身属性,等属性初始化,同样也可以有额外创建的其它对象作为属性(其可以指向到全局对象自身)。例如,在 DOM 中,全局对象的 window 属性就可以引用全局对象自身(当然,并不是所有的具体实现都是这样):
global = { Math: <...>, String: <...> ... ... window: global //引用自身 };
当访问全局对象的属性时通常会忽略掉前缀,这是因为全局对象是不能通过名称直接访问的。不过我们依然可以通过全局上下文的 this 来访问全局对象,同样也可以递归引用自身。例如,DOM 中的 window。综上所述,代码可以简写为:
String(10); // 就是global.String(10); // 带有前缀 window.a = 10; // === global.window.a = 10 === global.a = 10; this.b = 20; // global.b = 20;
因此,回到全局上下文中的变量对象——在这里,变量对象就是全局对象自己:
VO(globalContext) === global;
非常有必要要理解上述结论,基于这个原理,在全局上下文中声明的对应,我们才可以间接通过全局对象的属性来访问它(例如,事先不知道变量名称)。
var a = new String('test'); alert(a); // 直接访问,在VO(globalContext)里找到:"test" alert(window['a']); // 间接通过global访问:global === VO(globalContext): "test" alert(a === this.a); // true var aKey = 'a'; alert(window[aKey]); // 间接通过动态属性名称访问:"test"
函数上下文中的变量对象
在函数执行上下文中,VO 是不能直接访问的,此时由活动对象(activation object,缩写为 AO)扮演 VO 的角色。
VO(functionContext) === AO;
活动对象是在进入函数上下文时刻被创建的,它通过函数的 arguments 属性初始化。arguments 属性的值是 Arguments 对象:
AO = { arguments: <ArgO> };
Arguments 对象是活动对象的一个属性,它包括如下属性:
- callee — 指向当前函数的引用
- length — 真正传递的参数个数
- properties-indexes (字符串类型的整数) 属性的值就是函数的参数值(按参数列表从左到右排列)。 properties-indexes 内部元素的个数等于 arguments.length. properties-indexes 的值和实际传递进来的参数之间是共享的。
例如:
function foo(x, y, z) { // 声明的函数参数数量arguments (x, y, z) alert(foo.length); // 3 // 真正传进来的参数个数(only x, y) alert(arguments.length); // 2 // 参数的callee是函数自身 alert(arguments.callee === foo); // true // 参数共享 alert(x === arguments[0]); // true alert(x); // 10 arguments[0] = 20; alert(x); // 20 x = 30; alert(arguments[0]); // 30 // 不过,没有传进来的参数z,和参数的第3个索引值是不共享的 z = 40; alert(arguments[2]); // undefined arguments[2] = 50; alert(z); // 40 } foo(10, 20);
这个例子的代码,在当前版本的 Google Chrome 浏览器里有一个 bug — 即使没有传递参数 z,z 和 arguments[2]仍然是共享的。
处理上下文代码的 2 个阶段
现在我们终于到了本文的核心点了。执行上下文的代码被分成两个基本的阶段来处理:
- 进入执行上下文
- 执行代码
变量对象的修改变化与这两个阶段紧密相关。
注:这 2 个阶段的处理是一般行为,和上下文的类型无关(也就是说,在全局上下文和函数上下文中的表现是一样的)。
进入执行上下文
当进入执行上下文(代码执行之前)时,VO 里已经包含了下列属性(前面已经说了):
函数的所有形参(如果我们是在函数执行上下文中)
— 由名称和对应值组成的一个变量对象的属性被创建;没有传递对应参数的话,那么由名称和 undefined 值组成的一种变量对象的属性也将被创建。
所有函数声明(FunctionDeclaration, FD)
—由名称和对应值(函数对象(function-object))组成一个变量对象的属性被创建;如果变量对象已经存在相同名称的属性,则完全替换这个属性。
所有变量声明(var, VariableDeclaration)
— 由名称和对应值(undefined)组成一个变量对象的属性被创建;如果变量名称跟已经声明的形式参数或函数相同,则变量声明不会干扰已经存在的这类属性。
让我们看一个例子:
function test(a, b) { var c = 10; function d() {} var e = function _e() {}; (function x() {}); } test(10); // call
当进入带有参数 10 的 test 函数上下文时,AO 表现为如下:
AO(test) = { a: 10, b: undefined, c: undefined, d: "d"> e: undefined };
注意,AO 里并不包含函数“x”。这是因为“x” 是一个函数表达式(FunctionExpression, 缩写为 FE) 而不是函数声明,函数表达式不会影响 VO。 不管怎样,函数“_e” 同样也是函数表达式,但是就像我们下面将看到的那样,因为它分配给了变量 “e”,所以它可以通过名称“e”来访问。 函数声明 FunctionDeclaration 与函数表达式 FunctionExpression 的不同,将在第 15 章 Functions 进行详细的探讨,也可以参考本系列第 2 章揭秘命名函数表达式来了解。
这之后,将进入处理上下文代码的第二个阶段 — 执行代码。
代码执行
这个周期内,AO/VO 已经拥有了属性(不过,并不是所有的属性都有值,大部分属性的值还是系统默认的初始值 undefined )。
还是前面那个例子, AO/VO 在代码解释期间被修改如下:
AO['c'] = 10; AO['e'] = "_e">;
再次注意,因为 FunctionExpression“_e”保存到了已声明的变量“e”上,所以它仍然存在于内存中。而 FunctionExpression “x”却不存在于 AO/VO 中,也就是说如果我们想尝试调用“x”函数,不管在函数定义之前还是之后,都会出现一个错误“x is not defined”,未保存的函数表达式只有在它自己的定义或递归中才能被调用。
另一个经典例子:
alert(x); // function var x = 10; alert(x); // 10 x = 20; function x() {}; alert(x); // 20
为什么第一个 alert “x” 的返回值是 function,而且它还是在“x” 声明之前访问的“x” 的?为什么不是 10 或 20 呢?因为,根据规范函数声明是在当进入上下文时填入的; 同意周期,在进入上下文的时候还有一个变量声明“x”,那么正如我们在上一个阶段所说,变量声明在顺序上跟在函数声明和形式参数声明之后,而且在这个进入上下文阶段,变量声明不会干扰VO 中已经存在的同名函数声明或形式参数声明,因此,在进入上下文时,VO 的结构如下:
VO = {}; VO['x'] = "x"> // 找到var x = 10; // 如果function "x"没有已经声明的话 // 这时候"x"的值应该是undefined // 但是这个case里变量声明没有影响同名的function的值 VO['x'] = is not disturbed, still function>
紧接着,在执行代码阶段,VO 做如下修改:
VO['x'] = 10; VO['x'] = 20;
我们可以在第二、三个 alert 看到这个效果。
在下面的例子里我们可以再次看到,变量是在进入上下文阶段放入 VO 中的。(因为,虽然 else 部分代码永远不会执行,但是不管怎样,变量“b”仍然存在于 VO 中。)
if (true) { var a = 1; } else { var b = 2; } alert(a); // 1 alert(b); // undefined,不是b没有声明,而是b的值是undefined
关于变量
通常,各类文章和 JavaScript 相关的书籍都声称:“不管是使用 var 关键字(在全局上下文)还是不使用 var 关键字(在任何地方),都可以声明一个变量”。请记住,这是错误的概念:
任何时候,变量只能通过使用 var 关键字才能声明。
上面的赋值语句:
a = 10;
这仅仅是给全局对象创建了一个新属性(但它不是变量)。“不是变量”并不是说它不能被改变,而是指它不符合 ECMAScript 规范中的变量概念,所以它“不是变量”(它之所以能成为全局对象的属性,完全是因为 VO(globalContext) === global,大家还记得这个吧?)。
让我们通过下面的实例看看具体的区别吧:
alert(a); // undefined alert(b); // "b" 没有声明 b = 10; var a = 20;
所有根源仍然是 VO 和进入上下文阶段和代码执行阶段:
进入上下文阶段:
VO = { a: undefined };
我们可以看到,因为“b”不是一个变量,所以在这个阶段根本就没有“b”,“b”将只在代码执行阶段才会出现(但是在我们这个例子里,还没有到那就已经出错了)。
让我们改变一下例子代码:
alert(a); // undefined, 这个大家都知道, b = 10; alert(b); // 10, 代码执行阶段创建 var a = 20; alert(a); // 20, 代码执行阶段修改
关于变量,还有一个重要的知识点。变量相对于简单属性来说,变量有一个特性(attribute):{DontDelete},这个特性的含义就是不能用 delete 操作符直接删除变量属性。
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
但是这个规则在有个上下文里不起走样,那就是 eval 上下文,变量没有{DontDelete}特性。
eval('var a = 10;'); alert(window.a); // 10 alert(delete a); // true alert(window.a); // undefined
使用一些调试工具(例如:Firebug)的控制台测试该实例时,请注意,Firebug 同样是使用 eval 来执行控制台里你的代码。因此,变量属性同样没有{DontDelete}特性,可以被删除。
特殊实现: __parent__ 属性
前面已经提到过,按标准规范,活动对象是不可能被直接访问到的。但是,一些具体实现并没有完全遵守这个规定,例如 SpiderMonkey 和 Rhino;的实现中,函数有一个特殊的属性 __parent__,通过这个属性可以直接引用到活动对象(或全局变量对象),在此对象里创建了函数。
例如 (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
在上面的例子中我们可以看到,函数 foo 是在全局上下文中创建的,所以属性__parent__ 指向全局上下文的变量对象,即全局对象。
然而,在SpiderMonkey中用同样的方式访问活动对象是不可能的:在不同版本的SpiderMonkey中,内部函数的__parent__ 有时指向 null ,有时指向全局对象。
在 Rhino 中,用同样的方式访问活动对象是完全可以的。
例如 (Rhino):
var global = this; var x = 10; (function foo() { var y = 20; // "foo"上下文里的活动对象 var AO = (function () {}).__parent__; print(AO.y); // 20 // 当前活动对象的__parent__ 是已经存在的全局对象 // 变量对象的特殊链形成了 // 所以我们叫做作用域链 print(AO.__parent__ === global); // true print(AO.__parent__.x); // 10 })();
总结
在这篇文章里,我们深入学习了跟执行上下文相关的对象。我希望这些知识对您来说能有所帮助,能解决一些您曾经遇到的问题或困惑。按照计划,在后续的章节中,我们将探讨作用域链,标识符解析,闭包。