JavaScript执行上下文和执行栈

星梦花随0823
342 阅读9分钟

如果你是一名 JavaScript 开发者，那么你必须理解执行上下文和执行栈。

正确理解执行上下文和执行栈的概念将有助于你成为一名更好的 JavaScript 开发人员。

执行上下文（Execution Context）

什么是执行上下文

简而言之，执行上下文就是当前 JavaScript 代码被解析和执行时所在环境的抽象概念， JavaScript 中运行任何的代码都是在执行上下文中运行。

执行上下文的类型

执行上下文总共有三种类型：

  • 全局执行上下文： 这是默认的、最基础的执行上下文。不在任何函数中的代码都位于全局执行上下文中。

    它做了两件事：

    1. 创建一个全局对象，在浏览器中这个全局对象就是 window 对象。
    2. 将 this 指针指向这个全局对象。一个程序中只能存在一个全局执行上下文。

  • 函数执行上下文： 每次调用函数时，都会为该函数创建一个新的执行上下文。每个函数都拥有自己的执行上下文，但是只有在函数被调用的时候才会被创建。一个程序中可以存在任意数量的函数执行上下文。每当一个新的执行上下文被创建，它都会按照特定的顺序执行一系列步骤，具体过程将在本文后面讨论。

  • Eval 函数执行上下文： 运行在eval 函数中的代码也获得了自己的执行上下文，但由于 Javascript 开发人员不常用 eval 函数，所以在这里不再讨论。

执行上下文的生命周期

创建阶段【当函数被调用，但未执行任何其内部代码之前】

  • 创建变量对象

    首先初始化函数的参数arguments，提升函数声明和变量声明

  • 初始化作用域链

    在执行上下文的创建阶段，作用域链是在创建变量对象之后创建的。作用域链本身包含变量对象。作用域链用于解析变量。当被要求解析变量时，JavaScript 始终从代码嵌套的最内层开始，如果最内层没有找到变量，就会跳转到上一层父作用域中查找，直到找到该变量。

  • 求出上下文内部“this”的值

    包括多种情况，下文会详细说明

可以将每个执行上下文抽象为一个对象并有三个属性：

executionContextObj = {
    variableObject: { /*函数 arguments/参数，内部变量和函数声明 */ }, 
    scopeChain: { /* 变量对象（variableObject）+ 所有父执行上下文的变量对象*/ }, 
    this: {} 
}

执行阶段

在此阶段，完成对所有变量的分配，最后执行代码

执行阶段

执行上下文出栈等待垃圾回收机制回收该执行上下文

让我们看一个例子：

function foo(i) {
    var a = 'hello';
    var b = function privateB() {

    };
    function c() {

    }
}

foo(22);

当调用foo(22)时，创建状态像下面这样：

fooExecutionContext = {
    variableObject: {
        arguments: {
            0: 22,
            length: 1
        },
        i: 22,
        c: pointer to function c()
        a: undefined,
        b: undefined
    },
    scopeChain: { ... },
    this: { ... }
}

真如你看到的，创建状态负责处理定义属性的名字，不为他们指派具体的值，以及形参/实参的处理。一旦创建阶段完成，进入执行阶段，看下函数执行完成后的样子：

fooExecutionContext = {
    variableObject: {
        arguments: {
            0: 22,
            length: 1
        },
        i: 22,
        c: pointer to function c()
        a: 'hello',
        b: pointer to function privateB()
    },
    scopeChain: { ... },
    this: { ... }
}

在一段 JS 脚本执行之前，要先解析代码（所以说 JS 是解释执行的脚本语言），解析的时候会先创建一个全局执行上下文环境，先把代码中即将执行的变量、函数声明都拿出来。变量先暂时赋值为undefined，函数则先声明好可使用。这一步做完了，然后再开始正式执行程序。

另外，一个函数在执行之前，也会创建一个函数执行上下文环境，跟全局上下文差不多，不过 函数执行上下文中会多出this arguments和函数的参数。

执行栈

执行栈，在其他编程语言中也被叫做调用栈，具有 LIFO（后进先出）结构，用于存储在代码执行期间创建的所有执行上下文。

当JavaScript引擎首次读取你的脚本时，它会创建一个全局执行上下文并将其推入当前的执行栈。每当发生一个函数调用，引擎都会为该函数创建一个新的执行上下文并将其推到当前执行栈的顶端。

JavaScript引擎会运行执行上下文在执行栈顶端的函数，当此函数运行完成后，其对应的执行上下文将会从执行栈中弹出，上下文控制权将移到当前执行栈的下一个执行上下文。

  • 案例:

    (function foo(i) {
    if (i === 3) {
        return;
    }
    else {
        foo(++i);
    }
}(0));

    这代码调用自己三次，每次给i的值加一。每次foo函数被调用，将创建一个新的执行上下文。一旦上下文执行完毕，它将被从栈顶弹出，并将控制权返回给下面的上下文，直到只剩全局上下文能为止。

    var color = 'blue';
function changeColor() {
    var anotherColor = 'red';
    function swapColors() {
        var tempColor = anotherColor;
        anotherColor = color;
        color = tempColor;
    }
    swapColors();
}
changeColor();

    上述代码运行按照如下步骤：

    • 当上述代码在浏览器中加载时，JavaScript 引擎会创建一个全局执行上下文并且将它推入当前的执行栈
    • 调用 changeColor函数时，此时changeColor函数内部代码还未执行，js执行引擎立即创建一个changeColor的执行上下文（简称EC），然后把这执行上下文压入到执行栈（简称ECStack）中。
    • 执行changeColor函数过程中，调用swapColors函数，同样地，swapColors函数执行之前也创建了一个swapColors的执行上下文，并压入到执行栈中。
    • swapColors函数执行完成，swapColors函数的执行上下文出栈，并且被销毁。
    • changeColor函数执行完成，changeColor函数的执行上下文出栈，并且被销毁。

关于执行栈（调用栈），有5个需要记住的关键点：

  • 单线程
  • 同步执行，只有栈顶的上下文处于执行中，其他上下文需要等待
  • 全局上下文只有唯一的一个，它在浏览器关闭时出栈
  • 函数的执行上下文的个数没有限制
  • 每次某个函数被调用，就会有个新的执行上下文为其创建，即使是调用的自身函数，也是如此。

变量提升

变量声明提升

大部分编程语言都是先声明变量再使用，但在JS中，事情有些不一样：

console.log(a)// undefined
var a = 10

上述代码正常输出undefined而不是报错Uncaught ReferenceError: a is not defined,这是因为声明提升（hoisting），相当于如下代码：

var a; //声明 默认值是undefined “准备工作”
console.log(a);
a=10; //赋值

函数声明提升

我们都知道，创建一个函数的方法有两种，一种是通过函数声明function foo(){} 另一种是通过函数表达式var foo = function(){} ,那这两种在函数提升有什么区别呢？

console.log(f1) // function f1(){}
function f1() {} // 函数声明
console.log(f2) // undefined
var f2 = function() {} // 函数表达式

接下来我们通过一个例子来说明这个问题：

function test() {
    foo(); // Uncaught TypeError "foo is not a function"
    bar(); // "this will run!"
    var foo = function () { // function expression assigned to local variable 'foo'
        alert("this won't run!");
    }
    function bar() { // function declaration, given the name 'bar'
        alert("this will run!");
    }
}
test();

在上面的例子中，foo()调用的时候报错了，而bar能够正常调用。

我们前面说过变量和函数都会上升，遇到函数表达式 var foo = function(){}时，首先会将var foo上升到函数体顶部，然而此时的foo的值为undefined,所以执行foo()报错。 而对于函数bar(), 则是提升了整个函数，所以bar()才能够顺利执行。

有个细节必须注意：当遇到函数和变量同名且都会被提升的情况，函数声明优先级比较高，因此变量声明会被函数声明所覆盖，但是可以重新赋值。

alert(a);//输出：function a(){ alert('我是函数') }
function a(){ alert('我是函数') }//
var a = '我是变量';
alert(a);   //输出：'我是变量'

function声明的优先级比var声明高，也就意味着当两个同名变量同时被function和var声明时，function声明会覆盖var声明

这代码等效于：

function a(){alert('我是函数')} 
var a;    //hoisting
alert(a);    //输出：function a(){ alert('我是函数') }
a = '我是变量';//赋值
alert(a);   //输出：'我是变量'

最后我们看个复杂点的例子：

function test(arg){
    // 1. 形参 arg 是 "hi"
    // 2. 因为函数声明比变量声明优先级高，所以此时 arg 是 function
    console.log(arg);  
    var arg = 'hello'; // 3.var arg 变量声明被忽略， arg = 'hello'被执行
    function arg(){
	console.log('hello world') 
    }
    console.log(arg);  
}
test('hi');
/* 输出：
function arg(){
    console.log('hello world') 
    }
hello 
*/

这是因为当函数执行的时候,首先会形成一个新的私有的作用域，然后依次按照如下的步骤执行：

  • 如果有形参，先给形参赋值
  • 进行私有作用域中的预解释，函数声明优先级比变量声明高，最后后者会被前者所覆盖，但是可以重新赋值
  • 私有作用域中的代码从上到下执行

确定this的指向

先搞明白一个很重要的概念 —— this的值是在执行的时候才能确认，定义的时候不能确认！ 为什么呢 —— 因为this是执行上下文环境的一部分，而执行上下文需要在代码执行之前确定，而不是定义的时候。看如下例子：

// 情况1
function foo() {
  console.log(this.a) //1
}
var a = 1
foo()

// 情况2
function fn(){
  console.log(this);
}
var obj={fn:fn};
obj.fn(); //this->obj

// 情况3
function CreateJsPerson(name,age){
//this是当前类的一个实例p1
this.name=name; //=>p1.name=name
this.age=age; //=>p1.age=age
}
var p1=new CreateJsPerson("尹华芝",48);

// 情况4
function add(c, d){
  return this.a + this.b + c + d;
}
var o = {a:1, b:3};
add.call(o, 5, 7); // 1 + 3 + 5 + 7 = 16
add.apply(o, [10, 20]); // 1 + 3 + 10 + 20 = 34

// 情况5
let btn1 = document.getElementById('btn1');
let obj = {
    name: 'kobe',
    age: 39,
    getName: function () {
        btn1.onclick = () => {
            console.log(this);//obj
        };
    }
};
obj.getName();

接下来我们逐一解释上面几种情况

  • 对于直接调用 foo 来说，不管 foo 函数被放在了什么地方，this 一定是 window
  • 对于 obj.foo() 来说，我们只需要记住，谁调用了函数，谁就是 this，所以在这个场景下 foo 函数中的 this 就是 obj 对象
  • 在构造函数模式中，类中(函数体中)出现的this.xxx=xxx中的this是当前类的一个实例
  • call、apply和bind：this 是第一个参数
  • 箭头函数this指向:箭头函数没有自己的this，看其外层的是否有函数，如果有，外层函数的this就是内部箭头函数的this，如果没有，则this是window。

参考链接

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