闭包是指有权访问另一个函数作用域中的变量的函数。而创建闭包的常见方式,就是在一个函数内部创建另一个函数。理解闭包的定义并不难,但要彻底搞清楚其中的细节,必须从理解函数被调用的时候都会发生什么开始。
执行环境和作用域
在真正开始探讨闭包之前,我们先回顾一下两个简单的概念:执行环境和作用域。
执行环境
执行环境(execution context)是 JavaScript 中最为重要的一个概念。执行环境定义了变量或函数有权访问的其他数据,决定了它们各自的行为。每个执行环境都有一个与之关联的变量对象,环境中定义的所有变量和函数都保存在这个对象中。
全局执行环境是最外围的一个执行环境,在 Web 浏览器中,全局执行环境被认为是 window 对象。某个执行环境中的所有代码执行完毕后,该环境被销毁,保存在其中的所有变量和函数定义也随之销毁。
每个函数都有自己的执行环境,当执行流进入一个函数时,函数的环境就会被推入一个环境栈中。而在函数执行之后,栈将其环境弹出,把控制权返回给之前的执行环境。
作用域
当代码在一个环境中执行时,会创建变量对象的一个作用域链(scope chain)。作用域链的用途,是保证对执行环境有权访问的所有变量和函数的有序访问。作用域链的前端,始终都是当前执行的代码所 在环境的变量对象。如果这个环境是函数,则将其活动对象(activation object)作为变量对象。活动对 象在最开始时只包含一个变量,即 arguments 对象(这个对象在全局环境中是不存在的)。作用域链中 的下一个变量对象来自包含(外部)环境,而再下一个变量对象则来自下一个包含环境。这样,一直延 续到全局执行环境;全局执行环境的变量对象始终都是作用域链中的最后一个对象。
闭包的产生
简单了解了上述概念后,我们来深入分析当函数被调用时,执行环境和作用域链发生的变化。
先来看这样一个例子:
function compare(value1, value2){
if (value1 < value2){
return -1;
} else if (value1 > value2){
return 1;
} else {
return 0;
}
}
var result = compare(5, 10);
以上代码先定义了 compare() 函数,然后又在全局作用域中调用了它。当调用 compare() 时,会创建一个包含 arguments、value1 和 value2 的活动对象,这个活动对象就作为变量对象被放置在了其作用域的最前端。而全局执行环境的变量对象(包含 result 和 compare )在 compare() 执行环境的作用域链中则处于第二位。下图展示了包含上述关系的 compare() 函数执行时的作用域链。
显然,作用域链本质上是一个指向变量对象的指针列表,它只引用但不实际包含变量对象。无论什么时候在函数中访问一个变量时,就会从作用域链中搜索具有相应名字的变量。一般来讲,当函数执行完毕后,局部活动对象就会被销毁,内存中仅保存全局作用域(全局执行环境的变量对象)。但是,闭包的情况又有所不同。
在另一个函数内部定义的函数会将包含函数(即外部函数)的活动对象添加到它的作用域链中,我们再来看下面这个例子:
function createComparisonFunction(propertyName) {
return function(object1, object2){
var value1 = object1[propertyName];
var value2 = object2[propertyName];
if (value1 < value2){
return -1;
} else if (value1 > value2){
return 1;
} else {
return 0;
}
};
}
上述 createComparisonFunction() 函数在内部定义并返回了一个匿名函数,而该匿名函数中访问了外部函数中的变量 propertyName,由此形成了闭包。即使这个内部函数被返回了,而且是在其他地方被调用了,但它仍然可以访问变量 propertyName。之所以还能够访问这个变量,是因为内部函数的作用域链中包含 createComparisonFunction() 的作用域。换句话说,当 createComparisonFunction() 函数返回后,其执行环境的作用域链会被销毁,但它的活动对象仍然会留在内存中;直到匿名函数被销毁后,createComparisonFunction() 的活动对象才会被销毁,例如:
//创建函数
var compareNames = createComparisonFunction("name");
//调用函数
var result = compareNames({ name: "Nicholas" }, { name: "Greg" });
//解除对匿名函数的引用(以便释放内存)
compareNames = null;
首先,创建的比较函数被保存在变量 compareNames 中。而通过将 compareNames 设置为等于 null 解除该函数的引用,就等于通知垃圾回收例程将其清除。随着匿名函数的作用域链被销毁,其他作用域(除了全局作用域)也都可以安全地销毁了。下图展示了调用 compareNames() 的过程中产生的作用域链之间的关系。
闭包与变量
作用域链的这种配置机制引出了一个值得注意的副作用,即闭包只能取得包含函数中任何变量的最后一个值。下面的例子能帮助我们理解这个问题:
function createFunctions(){
var result = new Array();
for (var i=0; i < 10; i++){
result[i] = function(){
return i;
};
}
return result;
}
这个函数会返回一个函数数组。表面上看,似乎每个函数都应该返自己的索引值,即位置 0 的函数返回 0,位置 1 的函数返回 1,以此类推。但实际上,每个函数都返回 10。原因是保存在每个函数作用域链中的 i 都为同一个变量,即 createFunctions() 中变量 i 的最后结果。但是,我们可以通过创建另一个匿名函数强制让闭包的行为符合预期,如下所示:
function createFunctions(){
var result = new Array();
for (var i=0; i < 10; i++){
result[i] = function(num){
return function(){
return num;
};
}(i);
}
return result;
}
在重写了前面的 createFunctions() 函数后,每个函数就会返回各自不同的索引值了。在这个版本中,我们没有直接把闭包赋值给数组,而是定义了一个匿名函数,并将立即执行该匿名函数的结果赋给数组。这里的匿名函数有一个参数 num,也就是最终的函数要返回的值。在调用每个匿名函数时,我们传入了变量 i。由于函数参数是按值传递的,所以就会将变量 i 的当前值复制给参数 num。而在这个匿名函数内部,又创建并返回了一个访问 num 的闭包。这样一来,result 数组中的每个函数都有自己 num 变量的一个副本,因此就可以返回各自不同的数值了。
关于 this 对象
一般来说,在全局函数中,this 等于 window,而当函数被作为某个对象的方法调用时,this 等于那个对象。不过,匿名函数的执行环境具有全局性,因此其 this 对象通常指向 window。例如:
var name = "The Window";
var object = {
name : "My Object",
getNameFunc : function(){
return function(){
return this.name;
};
}
};
alert(object.getNameFunc()()); //"The Window"(在非严格模式下)
每个函数在被调用时都会自动取得两个特殊变量:this 和 arguments。内部函数在搜索这两个变量时,只会搜索到其活动对象为止,因此永远不可能直接访问外部函数中的这两个变量。这就解释了上述例子返回的字符串是全局 name 变量的值,而没有取得其包含作用域的 this 对象的原因。