JavaScript实验:闭包(Closure)

闭包是JavaScript中一个重要的特性,其最大的作用在于保存函数运行过程中的信息。在JavaScript中,闭包的诸多特性源自函数调用过程中的作用域链上。

函数调用对象与变量的作用域链

对于JavaScript中的每一次函数调用,JavaScript都会创建一个局部对象,用来储存该函数中定义的局部变量;如果该函数内部还有一个嵌套定义的函数(nested function),那么JavaScript会在已经定义的局部对象之上再定义一个嵌套局部对象。对于一个函数,其内部有多少层的嵌套函数定义,也就有多少层的嵌套局部对象。该局部对象称为“函数调用对象”(ECMAScript 3中的"call object",ECMAScript 5中改名为"declarative environment record",但个人认为还是ECMAScript 3中的名称更容易理解一些)。以下面的函数调用为例:

function f(x){  
  var a = 10;
  return a*x;
}
console.log(f(6));//60  

在这个简单的例子中,当调用f()函数时,JavaScript会创建一个f()函数的调用对象(姑且称之为f_invokeObj),在f_invokeObj对象内部有两个属性:a和x;运行f()时,a值为10而x值为6,因此最后的返回结果为60。图示如下: f_invokeObj

当存在函数嵌套时,JavaScript将创建多个函数调用对象:

function f(x){  
  var a = 10;
  return a*g(x);
  function g(b){
    return b*b;
  }
}
console.log(f(6));//360  

在这个例子中,当调用f()函数时,JavaScript会创建一个f()函数的调用对象(f_invokeObj),其内部有两个属性a和x,a值为10而x值为6;运行f()时,JavaScript会对f()函数中的g()函数进行解析定义,并创建g()的调用对象(g_invokeObj),其内部有一个属性b,b值与传入参数x相同为6,因此最后的返回结果为360。图示如下: f_g_invokeObj

可以看到,函数调用对象形成了一条链。当内嵌函数g()运行,需要获取变量值的时候,会从最近的函数调用对象中开始进行搜索,如果无法搜索到,则沿函数调用对象链在更远的调用对象中进行搜寻,此即所谓的"变量的作用域链"。如果两个函数调用对象中出现相同的变量,则函数会取离自己最近的那个调用对象中的变量值:

function f(x){  
  var a = 10;
  return a*g(x);
  function g(b){
    var a = 1;
    return b*b*a;
  }
}
console.log(f(6));//360, not 3600  

在上面的例子中,g()函数的调用对象(g_invokeObj)和f()函数的调用对象(f_invokeObj)中均存在变量a且a的值不同,当运行g()函数时,在g()函数内部所使用的a值为1,而在g()函数外部所使用的a值则为10。图示此时的函数调用对象链如下: f_g_invokeObj2

什么是闭包?

在JavaScript中所有的函数(function)都是对象,而定义函数时都会产生相应的函数调用对象链,一次函数定义对应一个函数调用对象链。只要函数对象存在,相应的函数调用对象就存在;一旦某函数不再被使用,相应的函数调用对象就会被垃圾回收掉;而这种函数对象和函数调用对象链之间的一一组合,就称之为“闭包”。在上面f()函数和g()函数的例子中,就存在两个闭包:f()函数对象和f_invokeObj对象组成了一个闭包,而g()函数对象和g_invokeObj-f_invokeObj对象链一起组成了第二个闭包。当g()函数执行完毕后,由于g()函数不再被使用,因此g()闭包被垃圾回收了;之后,当f()函数执行完毕后,由于同样的原因,f()闭包也被垃圾回收了。

从闭包的定义可以得出结论:所有的JavaScript函数在定义后都是闭包 – 因为所有的函数都是对象,所有的函数在执行后也都有其对应的调用对象链。

不过,令闭包真正发挥作用的是嵌套函数的情况。由于内嵌函数是在外部函数运行的时候才开始定义的,因此内嵌函数的闭包中所保存的变量值(尤其是外部函数的局部变量值)是这次运行过程中的值。只要内嵌函数对象依然存在,那么其闭包就依然存在(闭包中的变量值不会发生任何改变),从而也就实现了保存函数运行过程的信息这个目的。考虑以下这个例子:

var a = "outside";  
function f(){  
  var a = "inside";
  function g(){return a;}
  return g;
}
var result = f();  
console.log(result());//inside  

在这个例子中,当运行f()函数时,g()函数被定义,同时创建了g()函数的闭包,g()闭包包含了g_invokeObj-f_invokeObj对象链,因此保存了f()函数执行过程中的变量a的值。当执行console.log()语句时,由于g函数对象仍然存在,因此g()闭包也依然存在;当运行这个仍然存在的g函数对象时,JavaScript会使用依然存在的g()闭包并从中获取变量a的值(“inside”)。

本文实验代码: http://jsfiddle.net/cshao/sDwDk/

Chuan Shao

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