JavaScript的闭包、执行上下文、到底是怎么回事？还有必要学吗？

在上一课，我们了解了 JavaScript 执行中最粗粒度的任务：传给引擎执行的代码段。并且，我们还根据“由 JavaScript 引擎发起”还是“由宿主发起”，分成了宏观任务和微观任务，接下来我们继续去看一看更细的执行粒度。

一段 JavaScript 代码可能会包含函数调用的相关内容，从今天开始，我们就用两节课的时间来了解一下函数的执行。

我们今天要讲的知识在网上有不同的名字，比较常见的可能有：

闭包；
作用域链；
执行上下文；
this 值。

实际上，尽管它们是表示不同的意思的术语，所指向的几乎是同一部分知识，那就是函数执行过程相关的知识。我们可以简单看一下图。

看着也许会有点晕，别着急，我会和你共同理一下它们之间的关系。

当然，除了让你理解函数执行过程的知识，理清这些概念也非常重要。所以我们先来讲讲这个有点复杂的概念：闭包。

闭包

闭包翻译自英文单词 closure，这是个不太好翻译的词，在计算机领域，它就有三个完全不相同的意义：编译原理中，它是处理语法产生式的一个步骤；计算几何中，它表示包裹平面点集的凸多边形（翻译作凸包）；而在编程语言领域，它表示一种函数。

闭包这个概念第一次出现在 1964 年的《The Computer Journal》上，由 P. J. Landin 在《The mechanical evaluation of expressions》一文中提出了 applicative expression 和 closure 的概念。

在上世纪 60 年代，主流的编程语言是基于 lambda 演算的函数式编程语言，所以这个最初的闭包定义，使用了大量的函数式术语。一个不太精确的描述是“带有一系列信息的λ表达式”。对函数式语言而言，λ表达式其实就是函数。

我们可以这样简单理解一下，闭包其实只是一个绑定了执行环境的函数，这个函数并不是印在书本里的一条简单的表达式，闭包与普通函数的区别是，它携带了执行的环境，就像人在外星中需要自带吸氧的装备一样，这个函数也带有在程序中生存的环境。

这个古典的闭包定义中，闭包包含两个部分。

环境部分
- 环境
- 标识符列表
表达式部分

当我们把视角放在 JavaScript 的标准中，我们发现，标准中并没有出现过 closure 这个术语，但是，我们却不难根据古典定义，在 JavaScript 中找到对应的闭包组成部分。

环境部分
- 环境：函数的词法环境（执行上下文的一部分）
- 标识符列表：函数中用到的未声明的变量
表达式部分：函数体

至此，我们可以认为，JavaScript 中的函数完全符合闭包的定义。它的环境部分是函数词法环境部分组成，它的标识符列表是函数中用到的未声明变量，它的表达式部分就是函数体。

这里我们容易产生一个常见的概念误区，有些人会把 JavaScript 执行上下文，或者作用域（Scope，ES3 中规定的执行上下文的一部分）这个概念当作闭包。

实际上 JavaScript 中跟闭包对应的概念就是“函数”，可能是这个概念太过于普通，跟闭包看起来又没什么联系，所以大家才不自觉地把这个概念对应到了看起来更特别的“作用域”吧（其实我早年也是这么理解闭包，直到后来被朋友纠正，查了资料才改正过来）。

执行上下文：执行的基础设施

相比普通函数，JavaScript 函数的主要复杂性来自于它携带的“环境部分”。当然，发展到今天的 JavaScript，它所定义的环境部分，已经比当初经典的定义复杂了很多。

JavaScript 中与闭包“环境部分”相对应的术语是“词法环境”，但是 JavaScript 函数比λ函数要复杂得多，我们还要处理 this、变量声明、with 等等一系列的复杂语法，λ函数中可没有这些东西，所以，在 JavaScript 的设计中，词法环境只是 JavaScript 执行上下文的一部分。

JavaScript 标准把一段代码（包括函数），执行所需的所有信息定义为：“执行上下文”。

因为这部分术语经历了比较多的版本和社区的演绎，所以定义比较混乱，这里我们先来理一下 JavaScript 中的概念。

执行上下文在 ES3 中，包含三个部分。

scope：作用域，也常常被叫做作用域链。
variable object：变量对象，用于存储变量的对象。
this value：this 值。

在 ES5 中，我们改进了命名方式，把执行上下文最初的三个部分改为下面这个样子。

lexical environment：词法环境，当获取变量时使用。
variable environment：变量环境，当声明变量时使用。
this value：this 值。

在 ES2018 中，执行上下文又变成了这个样子，this 值被归入 lexical environment，但是增加了不少内容。

lexical environment：词法环境，当获取变量或者 this 值时使用。
variable environment：变量环境，当声明变量时使用。
code evaluation state：用于恢复代码执行位置。
Function：执行的任务是函数时使用，表示正在被执行的函数。
ScriptOrModule：执行的任务是脚本或者模块时使用，表示正在被执行的代码。
Realm：使用的基础库和内置对象实例。
Generator：仅生成器上下文有这个属性，表示当前生成器。

我们在这里介绍执行上下文的各个版本定义，是考虑到你可能会从各种网上的文章中接触这些概念，如果不把它们理清楚，我们就很难分辨对错。如果是我们自己使用，我建议统一使用最新的 ES2018 中规定的术语定义。

尽管我们介绍了这些定义，但我并不打算按照 JavaScript 标准的思路，从实现的角度去介绍函数的执行过程，这是不容易被理解的。

我想试着从代码实例出发，跟你一起推导函数执行过程中需要哪些信息，它们又对应着执行上下文中的哪些部分。

比如，我们看以下的这段 JavaScript 代码：

var b = {}
let c = 1
this.a = 2;

要想正确执行它，我们需要知道以下信息：

var 把 b 声明到哪里；
b 表示哪个变量；
b 的原型是哪个对象；
let 把 c 声明到哪里；
this 指向哪个对象。

这些信息就需要执行上下文来给出了，这段代码出现在不同的位置，甚至在每次执行中，会关联到不同的执行上下文，所以，同样的代码会产生不一样的行为。

在这两篇文章中，我会基本覆盖执行上下文的组成部分，本篇我们先讲 var 声明与赋值，let，realm 三个特性来分析上下文提供的信息，分析执行上下文中提供的信息。

var 声明与赋值

我们来分析一段代码：

var b = 1

通常我们认为它声明了 b，并且为它赋值为 1，var 声明作用域函数执行的作用域。也就是说，var 会穿透 for 、if 等语句。

在只有 var，没有 let 的旧 JavaScript 时代，诞生了一个技巧，叫做：立即执行的函数表达式（IIFE），通过创建一个函数，并且立即执行，来构造一个新的域，从而控制 var 的范围。

由于语法规定了 function 关键字开头是函数声明，所以要想让函数变成函数表达式，我们必须得加点东西，最常见的做法是加括号。

(function(){
    var a;
    //code}());(function(){
    var a;
    //code})();

但是，括号有个缺点，那就是如果上一行代码不写分号，括号会被解释为上一行代码最末的函数调用，产生完全不符合预期，并且难以调试的行为，加号等运算符也有类似的问题。所以一些推荐不加分号的代码风格规范，会要求在括号前面加上分号。

;(function(){
    var a;
    //code}());
(function(){
    var a;
    //code})()

我比较推荐的写法是使用 void 关键字。也就是下面的这种形式。

void function(){
    var a;
    //code
}();

这有效避免了语法问题，同时，语义上 void 运算表示忽略后面表达式的值，变成 undefined，我们确实不关心 IIFE 的返回值，所以语义也更为合理。

值得特别注意的是，有时候 var 的特性会导致声明的变量和被赋值的变量是两个 b，JavaScript 中有特例，那就是使用 with 的时候：

var b;void function(){
    var env = {b:1};
    b = 2;
    console.log("In function b:", b);
    with(env) {
        var b = 3;
        console.log("In with b:", b);
    }}();
    console.log("Global b:", b);

在这个例子中，我们利用立即执行的函数表达式（IIFE）构造了一个函数的执行环境，并且在里面使用了我们一开头的代码。

可以看到，在 Global function with 三个环境中，b 的值都不一样，而在 function 环境中，并没有出现 var b，这说明 with 内的 var b 作用到了 function 这个环境当中。

var b = {} 这样一句对两个域产生了作用，从语言的角度是个非常糟糕的设计，这也是一些人坚定地反对在任何场景下使用 with 的原因之一。

let

let 是 ES6 开始引入的新的变量声明模式，比起 var 的诸多弊病，let 做了非常明确的梳理和规定。

为了实现 let，JavaScript 在运行时引入了块级作用域。也就是说，在 let 出现之前，JavaScript 的 if for 等语句皆不产生作用域。

我简单统计了下，以下语句会产生 let 使用的作用域：

for；
if；
switch；
try/catch/finally。

Realm

在最新的标准（9.0）中，JavaScript 引入了一个新概念 Realm，它的中文意思是“国度”“领域”“范围”。这个英文的用法就有点比喻的意思，几个翻译都不太适合 JavaScript 语境，所以这里就不翻译啦。

我们继续来看这段代码：

var b = {}

在 ES2016 之前的版本中，标准中甚少提及{}的原型问题。但在实际的前端开发中，通过 iframe 等方式创建多 window 环境并非罕见的操作，所以，这才促成了新概念 Realm 的引入。

Realm 中包含一组完整的内置对象，而且是复制关系。

对不同 Realm 中的对象操作，会有一些需要格外注意的问题，比如 instanceOf 几乎是失效的。

以下代码展示了在浏览器环境中获取来自两个 Realm 的对象，它们跟本土的 Object 做 instanceOf 时会产生差异：

var iframe = document.createElement('iframe')
document.documentElement.appendChild(iframe)iframe.src="javascript:var b = {};"
var b1 = iframe.contentWindow.b;var b2 = {};console.log(typeof b1, typeof b2); 
//object object
console.log(b1 instanceof Object, b2 instanceof Object); 
//false true

可以看到，由于 b1、 b2 由同样的代码“ {} ”在不同的 Realm 中执行，所以表现出了不同的行为。