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    深入理解JS(12):变量对象(Variable Object)

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    3 月 7, 2021 #深入理解JS

    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?

    原始发布:Dmitry A. Soshnikov
    发布时间:2009-06-27
    俄文地址:http://dmitrysoshnikov.com/ecmascript/ru-chapter-2-variable-object/

    英文翻译:Dmitry A. Soshnikov
    发布时间:2010-03-15
    英文地址:http://dmitrysoshnikov.com/ecmascript/chapter-2-variable-object/

    部分难以翻译的句子参考了justinw的中文翻译

    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: <reference to 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<formal parameters>)

    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:

    1. callee — 指向当前函数的引用
    2. length — 真正传递的参数个数
    3. 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:

    1.     进入执行上下文
    2.     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: <reference to FunctionDeclaration "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'] = <reference to FunctionExpression "_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'] = <reference to FunctionDeclaration "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'] = <the value 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。

    有任何问题,我很高兴在下面评论中能帮你解答。

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