js作用域深层原理

编译原理

编译

在传统编译语言的流程中,程序中的一段源代码在执行之前会经历三个步骤,统称为“编 译”。

  • 分词/词法分析(Tokenizing/Lexing)

这个过程会将由字符组成的字符串分解成(对编程语言来说)有意义的代码块,这些代 码块被称为词法单元(token)。例如,考虑程序var a = 2;。这段程序通常会被分解成 为下面这些词法单元:var、a、=、2 、;。空格是否会被当作词法单元,取决于空格在 这门语言中是否具有意义。

  • 解析/语法分析(Parsing)

这个过程是将词法单元流(数组)转换成一个由元素逐级嵌套所组成的代表了程序语法 结构的树。这个树被称为“抽象语法树”(Abstract Syntax Tree,AST)。

  • 代码生成

将 AST 转换为可执行代码的过程称被称为代码生成。这个过程与语言、目标平台等息 息相关。
抛开具体细节,简单来说就是有某种方法可以将 var a = 2; 的 AST 转化为一组机器指 令,用来创建一个叫作 a 的变量(包括分配内存等),并将一个值储存在 a 中。

js编译

比起那些编译过程只有三个步骤的语言的编译器,JavaScript 引擎要复杂得多。例如,在 语法分析和代码生成阶段有特定的步骤来对运行性能进行优化,包括对冗余元素进行优化 等。

因此在这里只进行宏观、简单的介绍,接下来你就会发现我们介绍的这些看起来有点高深 的内容与所要讨论的事情有什么关联。

首先,JavaScript 引擎不会有大量的(像其他语言编译器那么多的)时间用来进行优化,因 为与其他语言不同,JavaScript 的编译过程不是发生在构建之前的。

对于 JavaScript 来说,大部分情况下编译发生在代码执行前的几微秒(甚至更短!)的时 间内。在我们所要讨论的作用域背后,JavaScript 引擎用尽了各种办法(比如 JIT,可以延 迟编译甚至实施重编译)来保证性能最佳。

简单地说,任何 JavaScript 代码片段在执行前都要进行编译(通常就在执行前)。因此, JavaScript 编译器首先会对 var a = 2; 这段程序进行编译,然后做好执行它的准备,并且 通常马上就会执行它。

对作用域的理解

首先介绍将要参与到对程序 var a = 2; 进行处理的过程中的演员们,这样才能理解接下来将要听到的对话。

参与者

• 引擎
从头到尾负责整个 JavaScript 程序的编译及执行过程。

• 编译器

引擎的好朋友之一,负责语法分析及代码生成等脏活累活(详见前一节的内容)。

• 作用域

引擎的另一位好朋友,负责收集并维护由所有声明的标识符(变量)组成的一系列查 询,并实施一套非常严格的规则,确定当前执行的代码对这些标识符的访问权限。

为了能够完全理解 JavaScript 的工作原理,你需要开始像引擎(和它的朋友们)一样思考, 从它们的角度提出问题,并从它们的角度回答这些问题。

编译器对声明的处理

当你看见 var a = 2; 这段程序时,很可能认为这是一句声明。但我们的新朋友引擎却不这么看。事实上,引擎认为这里有两个完全不同的声明,一个由编译器在编译时处理,另一个则由引擎在运行时处理。

编译器首先会将这段程序分解成词法单元,然后将词法单元解析成一个树结构。但是当编 译器开始进行代码生成时,它对这段程序的处理方式会和预期的有所不同。

可以合理地假设编译器所产生的代码能够用下面的伪代码进行概括:“为一个变量分配内 存,将其命名为 a,然后将值 2 保存进这个变量。”然而,这并不完全正确。

事实上编译器会进行如下处理。

  1. 遇到 var a,编译器会询问作用域是否已经有一个该名称的变量存在于同一个作用域的 集合中。如果是,编译器会忽略该声明,继续进行编译;否则它会要求作用域在当前作 用域的集合中声明一个新的变量,并命名为 a。
  2. 接下来编译器会为引擎生成运行时所需的代码,这些代码被用来处理 a = 2 这个赋值 操作。引擎运行时会首先询问作用域,在当前的作用域集合中是否存在一个叫作 a 的 变量。如果是,引擎就会使用这个变量;如果否,引擎会继续查找该变量(查看 1.3 节)。

如果引擎最终找到了 a 变量,就会将 2 赋值给它。否则引擎就会举手示意并抛出一个异 常!

总结:变量的赋值操作会执行两个动作,首先编译器会在当前作用域中声明一个变量(如 果之前没有声明过),然后在运行时引擎会在作用域中查找该变量,如果能够找到就会对 它赋值。

LHS与RHS

编译器在编译过程的第二步中生成了代码,引擎执行它时,会通过查找变量 a 来判断它是 否已声明过。查找的过程由作用域进行协助,但是引擎执行怎样的查找,会影响最终的查 找结果。

在我们的例子中,引擎会为变量 a 进行 LHS 查询。另外一个查找的类型叫作 RHS。 我打赌你一定能猜到“L”和“R”的含义,它们分别代表左侧和右侧。 什么东西的左侧和右侧?是一个赋值操作的左侧和右侧。

换句话说,当变量出现在赋值操作的左侧时进行 LHS 查询,出现在右侧时进行 RHS 查询。

讲得更准确一点,RHS 查询与简单地查找某个变量的值别无二致,而 LHS 查询则是试图 找到变量的容器本身,从而可以对其赋值。从这个角度说,RHS 并不是真正意义上的“赋 值操作的右侧”,更准确地说是“非左侧”。

你可以将 RHS 理解成 retrieve his source value(取到它的源值),这意味着“得到某某的 值”。

LHS 和 RHS 的含义是“赋值操作的左侧或右侧”并不一定意味着就是“= 赋值操作符的左侧或右侧”。赋值操作还有其他几种形式,因此在概念上最 好将其理解为“赋值操作的目标是谁(LHS)”以及“谁是赋值操作的源头(RHS)”。

举例

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

让我们把上面这段代码的处理过程想象成一段对话,这段对话可能是下面这样的。

引擎:我说作用域,我需要为 foo 进行 RHS 引用。你见过它吗? 

作用域:别说,我还真见过,编译器那小子刚刚声明了它。它是一个函数,给你。 

引擎:哥们太够意思了!好吧,我来执行一下 foo。 

引擎:作用域,还有个事儿。我需要为 a 进行 LHS 引用,这个你见过吗? 

作用域:这个也见过,编译器最近把它声名为 foo 的一个形式参数了,拿去吧。 

引擎:大恩不言谢,你总是这么棒。现在我要把 2 赋值给 a。 

引擎:哥们,不好意思又来打扰你。我要为 console 进行 RHS 引用,你见过它吗? 

作用域:咱俩谁跟谁啊,再说我就是干这个。这个我也有,console 是个内置对象。 给你。

引擎:么么哒。我得看看这里面是不是有 log(..)。太好了,找到了,是一个函数。 

引擎:哥们,能帮我再找一下对 a 的 RHS 引用吗?虽然我记得它,但想再确认一次。 

作用域:放心吧,这个变量没有变动过,拿走,不谢。

引擎:真棒。我来把 a 的值,也就是 2,传递进 log(..)。

作用域嵌套

当一个块或函数嵌套在另一个块或函数中时,就发生了作用域的嵌套。因此,在当前作用 域中无法找到某个变量时,引擎就会在外层嵌套的作用域中继续查找,直到找到该变量, 或抵达最外层的作用域(也就是全局作用域)为止。(即链式查询)

function foo(a) { console.log( a + b );
}
var b = 2; foo( 2 ); // 4

引擎:foo 的作用域兄弟,你见过 b 吗?我需要对它进行 RHS 引用。 

作用域:听都没听过,走开。

引擎:foo 的上级作用域兄弟,咦?有眼不识泰山,原来你是全局作用域大哥, 太好了。你见过 b 吗?我需要对它进行 RHS 引用。
作用域:当然了,给你吧。

我们还可以简单地理解为小蝌蚪找妈妈。

先在自己家里找;家里找不到,就在整个村子里找;村子里还找不到,可能就要去乡镇里面找了;还找不到就可以考虑去县城里面找了。

LHS 和 RHS 引用都会先在当前作用域进行查找,如果没有找到就去上一级作用域查找,如果还是没有找到就继续向上,以此类推。一旦抵达全局作用域,可能找到了你 所需的变量,也可能没找到,但无论如何查找过程都将停止。

LHS、RHS与异常

为什么区分 LHS 和 RHS 是一件重要的事情?

因为在变量还没有声明(在任何作用域中都无法找到该变量)的情况下,这两种查询的行 为是不一样的。

function foo(a) { console.log( a + b ); b = a;
}
foo( 2 );

第一次对 b 进行 RHS 查询时是无法找到该变量的。也就是说,这是一个“未声明”的变 量,因为在任何相关的作用域中都无法找到它。

如果 RHS 查询在所有嵌套的作用域中遍寻不到所需的变量,引擎就会抛出 ReferenceError 异常。值得注意的是,ReferenceError 是非常重要的异常类型。

相较之下,当引擎执行 LHS 查询时,如果在顶层(全局作用域)中也无法找到目标变量,

全局作用域中就会创建一个具有该名称的变量,并将其返还给引擎,前提是程序运行在非 “严格模式”下。

“不,这个变量之前并不存在,但是我很热心地帮你创建了一个。”

ES5 中引入了“严格模式”。同正常模式,或者说宽松 / 懒惰模式相比,严格模式在行为上 有很多不同。其中一个不同的行为是严格模式禁止自动或隐式地创建全局变量。因此,在 严格模式中 LHS 查询失败时,并不会创建并返回一个全局变量,引擎会抛出同 RHS 查询 失败时类似的 ReferenceError 异常。

接下来,如果 RHS 查询找到了一个变量,但是你尝试对这个变量的值进行不合理的操作, 比如试图对一个非函数类型的值进行函数调用,或着引用 null 或 undefined 类型的值中的 属性,那么引擎会抛出另外一种类型的异常,叫作 TypeError。

ReferenceError 同作用域判别失败相关,而 TypeError 则代表作用域判别成功了,但是对 结果的操作是非法或不合理的。

总结

作用域是一套规则,用于确定在何处以及如何查找变量(标识符)。如果查找的目的是对

变量进行赋值,那么就会使用 LHS 查询;如果目的是获取变量的值,就会使用 RHS 查询。

JavaScript引擎首先会在代码执行前对其进行编译,在这个过程中,像var a = 2这样的声 明会被分解成两个独立的步骤:

  1. 首先,var a 在其作用域中声明新变量。这会在最开始的阶段,也就是代码执行前进行。

  2. 接下来,a = 2 会查询(LHS 查询)变量 a 并对其进行赋值。

LHS 和 RHS 查询都会在当前执行作用域中开始,如果有需要(也就是说它们没有找到所 需的标识符),就会向上级作用域继续查找目标标识符,这样每次上升一级作用域(一层 楼),最后抵达全局作用域(顶层),无论找到或没找到都将停止。

不成功的 RHS 引用会导致抛出 ReferenceError 异常。不成功的 LHS 引用会导致自动隐式 地创建一个全局变量(非严格模式下),该变量使用 LHS 引用的目标作为标识符,或者抛 出 ReferenceError 异常(严格模式下)。

P.S.
以上内容为本人阅读《你不知道的JavaScript》第一章后的一些感想和摘抄,如有侵权,请联系我删除


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