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一、 函数调用栈,执行上下文及变量对象

YoungLight
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前言

为什么会有这篇文章?

在书籍或博客上,我们经常会看到「作用域链」、「闭包」、「变量提升」等概念,说明一个问题 —— 它们很重要。

但很多时候,对于这些概念,看的时候觉得自己已经明白了,可过不了多久,再让你说一说,可能就说不清楚了,之所以会这样,是因为我们对于 JavaScript 这门语言的运行机制不清楚。

我相信搞明白了今天所讲的内容,会对你理解那些知识大有裨益!

函数调用栈(call stack)

1. 什么是栈?

类似 js 中的数组,栈也是用来存储数据的一种数据结构。他的特点是后进先出(LIFO)

与之相对的一种数据结构称为队列,队列的特点是先进先出(FIFO)

可以想象这样一种场景:小明和同学们放学回家,老师让他在排在队伍的最前面,他们每天回家路上都要经过一个胡同,小明每次都是第一个进入胡同,肯定也是第一个出来,这就是所谓「先进先出」。

可是有一天,小明他们走到胡同里发现胡同口停了一辆车,把胡同给堵死了,没办法,他们只能队头变队尾往回撤,这时候,小明虽然最先进入胡同,却只能最后出去,最先出去的是排在队尾的小华,也就是「后进先出」。

2. 什么叫函数调用栈?

在 js 中函数的调用也遵照这样以一个原则:最先调用的函数先放到调用栈中,假如这个函数内部又调用了别的函数,那么这个内部函数就接着被放入调用栈中,直至不再有函数调用。最先执行完毕的一定是最里面的函数,执行过后弹出调用栈,接着执行上一层函数,直至所有函数执行完,调用栈清空。

这样说可能会不太明白,举个例子:

// 其他语句
function first() {
 console.log('first')
 function second() {
     console.log("second")
 }
 second();
 third();
 // 其他语句
}
//其他语句
function third() {
    console.log("third")
}
// 调用 first
first();

在上述代码中,首先调用的是函数 first, 此时 first 进入函数栈,接着在 first 中调用函数 second,second 入栈,当 second 执行完毕后,second 出栈,third 入栈,接着 third 执行完出栈,执行 first 其他代码,直至 first 执行完,函数栈清空。

函数调用栈

执行上下文(Execution Context)

1. 什么是执行上下文?

js 代码在执行时,会进入一个执行环境,它会形成一个作用域。这个执行环境,便是执行上下文。

JavaScript 主要有三种执行环境:

  1. 全局执行环境: 代码开始执行时首先进入的环境。
  2. 函数环境:函数调用时,会开始执行函数中的代码。
  3. eval:不建议使用,可忽略。

2. 执行上下文的生命周期

上面讲到 js 代码执行时会生成一个执行上下文。而这个执行上下文的周期,分为两个阶段:

  1. 创建阶段。这个阶段会生成变量对象(VO),建立作用域链以及确定 this 的值。
  2. 执行阶段。这个阶段进行变量赋值,函数引用及执行代码。
    到这里你应该就会明白,上面函数调用栈,就是生成了一个函数的执行上下文。
    执行上下文的生命周期

3. 什么是执行栈?

执行上下文也同样遵循函数调用栈的规则,无非就是多加了一层 —— 全局执行上下文,函数执行完后会跳出执行栈,而全局执行上下文,会在关闭浏览器后跳出执行栈。

还是上面的例子,我们看一下执行栈。

执行上下文

变量对象

1. 什么叫变量对象?

从上面其实可以得到答案,变量对象是 js 代码在进入执行上下文时,js 引擎在内存中建立的一个对象,用来存放当前执行环境中的变量。

2. 变量对象(VO)的创建过程

变量对象的创建,是在执行上下文创建阶段,依次经过以下三个过程:

  1. **创建 arguments 对象。**对于函数执行环境,首先查询是否有传入的实参,如果有,则会将参数名是实参值组成的键值对放入arguments 对象中,否则,将参数名和 undefined,组成的键值对放入 arguments 对象中。
      function bar(a, b, c) {
        console.log(arguments);  // [2, 4]
        console.log(arguments[2]); // undefined
      }
      bar(2,4)
    
  2. **检查当前环境中的函数声明。**当遇到同名的函数时,后面的会覆盖前面的。
    console.log(a); // function a() {console.log('fjdsfs') }
    function a() {
        console.log('24');
    }
    function a() {
      console.log('fjdsfs')
    }
    
    在上面的例子中,在执行第一行代码之前,函数声明已经创建完成,后面的对之前的声明进行了覆盖。
  3. **检查当前环境中的变量声明并赋值为undefined。**当遇到同名的函数声明,为了避免函数被赋值为 undefined ,会忽略此声明
    console.log(a); // function a() {console.log('fjdsfs') }
    console.log(b); // undefined
    function a() {
      console.log('24');
    }
    function a() {
    console.log('fjdsfs');
    }
    var b = 'bbbbbbbb';
    var a = 46;
    
    在上例我们可以看到,在代码之前前,a 仍旧是一个函数,而 b 是 undefined。

根据以上三个步骤,对于变量提升也就知道是怎么回事了。

3. 变量对象变为活动对象

执行上下文的第二个阶段,称为执行阶段,在此时,会进行变量赋值,函数引用并执行其他代码,此时,变量对象变为活动对象

我们还是举上面的例子:

   console.log(a); // function a() {console.log('fjdsfs') }
   console.log(b); // undefined
   function a() {
       console.log('24');
   }
   function a() {
     console.log('fjdsfs');
   }
   var b = 'bbbb';
   console.log(b); // 'bbbb'
   var a = 46; 
   console.log(a);  // 46
   var  b = 'hahahah';
   console.log(b); // 'hahah'

在上面的代码中,代码真正开始执行是从第一行 console.log() 开始的,自这之前,执行上下文是这样的:

// 创建过程
EC= {
  VO: {}; // 创建变量对象
  scopeChain: {}; // 作用域链
}
VO = {
  argument: {...}; // 当前为全局上下文,所以这个属性值是空的
  a: <a reference> // 函数 a  的引用地址
  b: undefiend  // 见上文创建变量对象的第三步
}

根据步骤,首先是 arguments 对象的创建;其次,是检查函数的声明,此时,函数 a 声明了两次,后一次将覆盖前一次;最后,是检查变量的声明,先声明了变量 b,将它赋值为 undefined,接着遇到 a 的声明,由于 a 已经声明为了一个函数,所以,此条声明将会被忽略。

到此,变量对象的创建阶段完成,接下来时执行阶段,我们一步一步来。

  1. 执行 console.log(a),我们知道,此时 a 是第二个函数,所以会输出function a() {...}

  2. 执行 console.log(b),不出我们所料,将会输出 undefined

  3. 执行赋值操作: b = 'bbbb'

  4. 执行 console.log(b) ,此时,b 已经赋值,所以会输出 'bbbb'

  5. 执行赋值操作: a = 46;

  6. 执行 console.log(a) ,此时,a 的值变为 46。

  7. 执行赋值操作: b = 'hahahah'

  8. 执行 console.log(b), b 已经被重新赋值,输出 hahahah

由上面我们可以看到,在执行阶段,变量对象是跟着代码不断变化的,此时,我们把变量对象成为活动对象。

执行到最后一步时,执行上下文变成了这样。

// 执行阶段
EC = {
  VO = {};
  scopeChain: {};
}
 // VO ---- AO
AO = {
  argument: {...};
  a: 46;
  b: 'hahahah';
  this: window;
}

以上,就是变量对象在代码执行前及执行时的变化。

刚开始就说过,这部分概念将会对你理解后面的知识有很大的帮助,所以刚开始接触的话可能会有些晦涩,建议就是认真读两遍,结合后面的知识,经常回过头来看看。

最后留一道题,给大家作为练手,观察观察执行上下文及变量对象的变化。

console.log(a);
console.log(b);
var a = 4;
function a() {
  console.log('我是a1');
  b(3, 5);
}
var a = function a() {
  console.log('我是a2');
  b(3, 5);
}
var b = function (m, n) {
   console.log(arguments);
   console.log('b')
}
a();

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