JavaScript 核心

一门语言,无论是机器语言,还是人类语言。在学习的时候,我们从入门到精通会在以下几个角度做分别的深入:

  • 词法
  • 语法
  • 句法

对于 JavaScript核心而言,有些人喜欢将 ECMAScript 看作是 JavaScript 的词法核心,规定了其内置的语言特性,关键词和基本逻辑的构造过程。
这些基本句法相对固定,加之在日常开发中我们反复练习,并无太多出入之分。区别大多在于孰能生巧记得住和光说不练假把式。而与之相对的,围绕对象展开的 JavaScript 语言特性部分,结合了面向对象的构造过程,引入大量中英文互译中模棱两可的概念。导致部分工程师并不知其所以然。
JavaScript 每一次进步,都值得一线工程师来修正处于语言特性核心的东西。在这篇之前,相关的知识碎片化严重。
说到核心,可以理解为精粹,当然更重要的是中心理论中的重点难点。

[TOC]

  • 作用域链
  • 闭包
  • this
  • 执行上下文
  • 对象
  • 变量对象
  • 活动对象
  • 原型链
  • 继承

理解这些关键词之前,首先需要明白两件事

  • JavaScript 没有类的概念,所以也没有类概念中的封装,继承,多态
  • 引入与类相似的概念的目的,是为了实现代码重用

对象

对象是 JavaScript 中的引用类型。

JavaScript中,一个对象就是一个属性和方法的集合,每一个对象都拥有一个 原型对象 ,其本身也是个对象。

构造一个对象常见方式有三种:对象字面直接量,使用 new 关键字构建,使用Object.create()方法。
为了优化构造对象的过程(解决对象的来源,对象构造的重复问题,对象构造的重用性问题)引入一部分设计模式

  • 工厂模式(P 批量构造 N 看不出来源)
  • 构造函数(P 声明来源 N 资源浪费)
  • 原型模式(P 实现重用 N 相互影响)

拿字面直接量方式构造来说明原型对象的存在。

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

就构成了如下对象与对象所具有的原型对象的关联关系。如图(1)

对象及其所具有的原型对象

其中 __proto__ 已被各大浏览器弃用,此属性的值用来存储内部指向自己所对应原型对象的指针。
原型对象有什么用呢?我们用原型链来解释。

原型链

原型对象也是对象,也拥有自己的 __proto__ 属性指向自己的原型对象,这种串联多个原型对象的模式叫做原型链。

原型链是用来实现继承和属性共享的有限对象链

这里提出了 继承 的概念,如果你没有 OOP 的概念,那恭喜你了,你能很快理解这种便捷的方式和概念,如果你是 Java/PHP 出身,你直接把这里的 继承 理解为 重用吧。

JavaScript 引入继承概念,就是为了实现属性和方法的重用。

如果一个属性或方法在自身中无法找到,那么会进入原型链查找这个属性或方法,依次遍历整个链,第一个被查找到的将会使用
如果没有明确的指明原型对象的指向,那么原型对象的原型指针会指向 Object 的原型对象,而后者的原型对象指针指向 null,也就是原型链的重点。

举个 🌰,有三个对象,b,c 对 a 有不同程度继承,代码如下

let a = {
  x: 10,
  calc(z){return this.x+this.y+z }
}
let b = {
  y:20,
  __proto__: a
}
let c = {
  y:30,
    __proto__: a
}
b.calc(30);//?
c.calc(40);//?

这段代码简明扼要,通过 __proto__ 代指原型链的链接过程,实际实现有所不同。由此构成了 a,b,c 之间的原型链如下图(2)

通过原型链实现代码复用

上述例子中,重用了很多魔术变量,实际实现继承的过程,我们对类的希望是抽象的 AST结构,拥有相同或相似的状态结构,不同的状态值和方法。于是,要引入构造函数对类进行初始化。

构造函数

由构造函数组成的类型,我们使用 new 关键字新建一个新的对象。用这个方式重写上边 abc 的例子,重用属性和方法的时候使用构造函数+原型模式。

function Foo(y) { 
  this.y = y; 
}
Foo.prototype.x = 10;
Foo.prototype.calculate = function (z) { return this.x + this.y + z; };

var b = new Foo(20); 
var c = new Foo(30);

b.calculate(30); // ?
c.calculate(40); // ?
b.constructor === Foo, // ?
c.constructor === Foo, // ?
Foo.prototype.constructor === Foo // ?

上边代码改进后,可以看到多了两个关键词,在 Foo 构造函数的原型对象中有一个 contstructor 属性指回了构造函数本身。代码逻辑图如图(3)所示

构造函数的原型链变动

构造函数+原型对象 合在一起,被我们称为 JavaScript 中的类。

ES6 对类的封装过程进行了优化,引入 class extends super 等关键字,其实质还是基于原型链的委托继承又叫原型继承。

执行上下文

JavaScript 在 ES6之前是没有块级作用域的,基于这样的人设,每段代码都在自己的上下文环境中进行求值。此时函数作用域就被认为是局部作用域或者块级作用域。
JavaScript 是通过栈结构来管理保存系统运行时的上下文状态转换的,称为执行上下文栈。堆栈顶部的执行上下文称为活动上下文。
触发上下文堆栈中其他上下文的执行上下文称作 caller,被触发的执行上下文称为callee,从函数角度更容易理解,执行函数叫做 caller,函数的容器称为 callee。

一个局部作用域生效时,将其压入执行上下文堆栈,作为活动执行上下文

执行上下文在 JavaScript 中也被实现为对象。对象中包含追踪相关代码执行过程的属性。常见的几个属性有

  • 变量对象
  • 作用域链
  • this 指针

变量对象

变量对象是一个抽象概念,变量对象中存储了在当前上下文中存储的变量和函数声明。

函数表达式不包含在变量对象之中。

在全局执行上下文中,变量对象就是全局对象本身,考虑以下这个例子。

var foo = 10;
function bar() {} // function declaration, FD 
(function baz() {}); // function expression, FE

console.log( this.foo == foo); // true 
console.log( window.bar == bar );// true 
console.log(baz); // ReferenceError, "baz" is not defined

此时,全局变量对象的数据结构如图(4)所示

全局变量对象的数据结构

其中函数表达式(闭包)并未进入全局变量对象,所以在全局调用也会失败。
当一个变量对象进入执行时,称作活动对象。

活动对象

活动对象是特殊的变量对象,也是实际存在的对象,在函数被触发的时候创建,活动对象中默认包含 形参和arguments 对象。

函数表达式不在变量对象中,所以也不在活动对象中

函数在运行过程中,不仅可以使用活动对象中的属性和方法,还可以使用父容器的属性和方法。这种可以使用的实现原理就基于执行上下文的第二个属性,作用域链。

作用域链

作用域链是查找变量值的链式结构,是一个对象列表。其实现原理与原型链相似。

如果一个变量在当前作用域中未找到定义,则递归上溯到父容器中查找,直到查找到作用域链的尾部。未找到返回 undefinded

如果函数引用了一个不是当前上下文中的标识符(变量,参数,方法)那么被引用的这个标识符被称作自由变量,搜索自由变量的过程就是依次遍历作用域链的过程。

看一个例子

var x = 10;
(function foo() { 
  var y = 20; 
  (function bar() { 
      var z = 30;  
      console.log(x + y + z); 
  })(); 
})();

其中三个变量 x,y,z 在调用时发现,x,y 针对 bar 而讲属于自由变量,需要搜索作用域链获取值。其搜索过程如图(5)所示。

作用域链的查找

当使用 with/catch 语句时,将其中的语句插入作用域链的前端,使得被插入的片段既包含proto属性又包含parent属性,原型链的查找逻辑中优先查找proto属性链。

活动变量在函数执行完毕后,将交付垃圾回收机制回收,如果不想被回收掉。那么就需要引入闭包的概念。

闭包

闭包是为了让函数成为一等公民,解决函数作为参数和函数作为返回值时作用域链存活的问题。

当函数作为参数或返回值时,函数中自由变量访问的容器函数尚可访问(未被销毁),该函数会在创建的时候,保存容器函数的作用域链。

闭包创建的函数作用域链 = 活动对象 + 父函数作用域链

保存是为了未来访问的时候能够访问到。此时,父函数的作用域链被调用函数冻结了,称此为静态作用域。静态作用域是一门语言能够创造闭包的必需条件,JavaScript 就具备这个条件,现在给闭包下一个准确的定义:

闭包是一个方便查找自由变量的代码块,以块级作用域为基础构造静态作用域,以保存父容器作用域链的集合体。

很抱歉,又说迷糊了。什么是闭包?JavaScript 中所有函数都是闭包。

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