从上下文,到作用域(彩蛋:理解闭包)

v2-41fd22d8fcdaa774def44d3594060230_r前言

近几天在编程群中的聊天,让我发现了很多人并不清楚什么是上下文(context)、什么是作用域(scope),而且纠结在其中。我当初对这两个概念也只有粗浅的理解,不过我从一开始就不怎么困惑,因为我清楚自己对这一问题的认识边界。现在,我对它们的认识也只加深了一点点。不过,群聊中小伙伴的热情鼓舞了我——很多最最初学的小伙伴,想到和思考的是很多我从没考虑过的问题,小伙伴们真是达到了“进一寸有一寸的欢喜”这一境界。见贤思齐,我决定把这一点点进步记录下来。


上下文与作用域的关系

很多人弄不清除,原因当然是既不了解上下文,也不了解作用域——我是说,几乎没有人明白上下文是什么而不明白作用域是什么,反之亦然。上下文(context)和作用域(scope)都是编译原理的知识,具体编程语言有具体的实现规则,本文关注 JavaScript 语言的实现。首先需要关注的是,这两个概念的关系非常密切,所以先了解它们的关系,有助于理解它们到底是什么。

上下文(context)和作用域(scope)的关系:

上下文是一段程序运行所需要的最小数据集合;作用域是当前上下文中,按照具体规则能够访问到的标识符(变量)的范围。

后文是对上下文和作用域更详细的解释,知道了上面指出的关系,往下阅读时就可以加深对这一关系的理解了。


上下文

上下文(context)是一段程序运行所需要的最小数据集合。我们可以从上下文交换(context switch)来理解上下文,在多进程或多线程环境中,任务切换时首先要中断当前的任务,将计算资源交给下一个任务。因为稍后还要恢复之前的任务,所以中断的时候要保存现场,即当前任务的上下文,也可以叫做环境。即上下文就是恢复现场所需的最小数据集合。容易把人弄晕的一点是,我们这里说的上下文环境有时候也称作作用域(scope),即这两个概念有时候是混用的。不过,它们有不同的侧重点,下一节将会说明。

另外,JavaScript 中常见的情形是一个方法/函数的执行。从一段程序的角度看,这段程序运行所需的所有变量,就是它的上下文。


作用域

作用域(scope)是标识符(变量)在程序中的可见性范围。作用域规则是按照具体规则维护标识符的可见性,以确定当前执行的代码对这些标识符的访问权限。作用域(scope)是在具体的作用域规则之下确定的。

前面说过,有时候上下文、环境、作用域是同义词;不过,上下文(context)指代的是整体环境,作用域关注的是标识符(变量)的可访问性(可见性)。上下文确定了,根据具体编程语言的作用域规则,作用域也就确定了。这就是上下文与作用域的关系

写 JavaScript 代码时,如果 Function 作为参数,可以指定它在具体对象上调用时,这个对象常常叫做 context:

为什么将这个参数叫做 context?因为它关系到调用环境,指定了它,就指定了函数的调用上下文。再加上具体的作用域规则,作用域也确定了。

在 JavaScript 中,这个具体的作用域规则就是词法作用域(lexical scope),也就是 JavaScript 中的作用域链的规则。词法作用域是的变量在编译时(词法阶段)就是确定的,所以词法作用域又叫静态作用域(static scope),与之相对的是动态作用域(dynamic scope)

You Don’t Know JS: Scope & Closures 用简单例子解释过动态作用域,下面用一个类似的例子说明一下:

有一定 JavaScript 编程经验的人都能看出,这段程序会输出 2,但如果在动态作用域的规则下,应该输出 3,即 a 的引用不再是编译时确定,而是调用时确定的。这有点像 JavaScript 中的 this,所以 MDN 中,function.bind 的方法签名中第一个形参名称用的是 thisArg 这一更科学的名字:

fun.bind(thisArg[, arg1[, arg2[, …]]])

同样情况的还可见于 Lodash 的文档:

_.bind(func, thisArg, [partials])


彩蛋:理解闭包

上一节中的代码中,之所以输出 2,是因为 foo 是一个闭包函数。如果从本文中理解了上下文和作用域的概念,对于闭包是什么这一问题是不是感到豁然开朗?

前面说过,词法作用域也叫静态作用域,变量在词法阶段确定,也就是定义时确定。虽然在 bar 内调用,但由于 foo 是闭包函数,即使它在自己定义的词法作用域以外的地方执行,它也一直保持着自己的作用域。所谓闭包函数,即这个函数封闭了它自己的定义时的环境,形成了一个闭包,所以 foo 并不会从 bar 中寻找变量,这就是静态作用域的特点。

一个更加典型的例子是:

sub 就是 func 这一返回值,func 定义在 fn 内部并且被传递出来了,所以 fn 执行之后垃圾回收器依然没有回收它的内部作用域,因为 func/sub 在使用。sub 依然持有 func 定义时的作用域的引用,而这个引用就叫作闭包。调用 sub 时,它可以访问 func 定义时的词法作用域,因此找到的 a 是 fn 内部的变量 a,它的值是 0。


参考资料

You Don’t Know JS: Scope & Closures

Context (computing)

Scope (computer science)

Function.prototype.bind()

Function _.bind()

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