4 变量、作用域和内存问题

2015-11-10  本文已影响58人  闷油瓶小张

本章内容

由于不存在定义某个变量必须要保存何种数据类型值的规则，变量的值及其数据类型可以在脚本的生命周期内改变。

4.1 基本类型和引用类型的值

基本类型值指的是简单的数据段，而引用类型值指那些可能由多个值构成的对象。
在将一个值赋给变量时，解析器必须确定这个值是基本类型值还是引用类型值。第3章讨论了5种基本数据类型：Undefined、Null、Boolean、Number、String。这5种基本数据类型是按值访问的，因为可以操作保存在变量中的实际的值。
引用类型的值是保存在内存中的对象。与其他语言不同，JavaScript不允许直接访问内存中的位置，也就是说不能直接操作对象的内存空间。在操作对象时，实际上是在操作对象的引用而不是实际的对象。为此，引用类型的值是按引用访问的。

在很多语言中，字符串以对象的形式来表示，因此被认为是引用类型的。ECMAScript放弃了这一传统。

4.1.1 动态的属性

对于引用类型的值，我们可以为其添加属性和方法，也可以改变和删除其属性和方法。

var person = new Object();
person.name = "Nicholas";
alert(person.name);  //"Nicholas"

但是，我们不能给基本类型的值添加属性，尽管这样做不会导致任何错误。

var name = "Nicholas";
name.age = 27;
alert(name.age);  //undefined

4.1.2 复制变量值

如果从一个变量向另一个变量复制基本类型的值，会在变量对象上创建一个新值，然后把该值复制到为新变量分配的位置上。

var num1 = 5;
var num2 = num1;

当从一个变量向另一个变量复制引用类型的值时，同样也会将存储在变量对象中的值复制一份放到为新变量分配的空间中。不同的是，这个值的副本实际上是一个指针，而这个指针指向存储在堆中的一个对象。复制操作结束后，两个变量实际上将引用同一个对象。因此，改变其中一个变量，就会影响另一个变量。

var obj1 = new Object();
var obj2 = obj1;
obj1.name = "Nicholas";
alert(obj2.name);  //"Nicholas"

4.1.3 传递参数

ECMAScript中所有函数的参数都是按值传递的。访问变量有按值和按引用两种方式，而参数只能按值传递。
在向参数传递基本类型的值时，被传递的值会被复制给一个局部变量（即命名参数，或者用ECMAScript的概念来说，就是arguments对象中的一个元素）。在向参数传递引用类型的值时，会把这个值在内存中的地址复制给一个局部变量，因此这个局部变量的变化会反映在函数的外部。

function addTen(num) {
  num += 10;
  return num;
}

var count = 20;
var result = addTen(count);
alert(count);  //20, no changes
alert(result);  //30

这里的函数addTen()有一个参数num，而参数实际上是函数的局部变量。在调用这个函数时，变量count作为参数被传递给函数。在函数内部，参数num的值被加上了10，但这一变化不会影响函数外部的count变量。假如num是按引用传递的话，那么变量count的值也将变成30。如果使用对象：

function setName(obj) {
  obj.name = "Nicholas";
}

var person = new Object();
setName(person);
alert(person.name);  //"NIcholas"

对象person被传递到setName()函数中之后就被复制给了obj。即使这个对象是按值传递的，obj也会按引用来访问同一个对象。当在函数内部为obj添加name属性后，函数外部的person也将有所反映；有很多开发人员错误地认为：在局部作用域中修改的对象会在全局作用域反映出来，就说明参数是按引用传递的。为了证明对象是按值传递的，例子：

function setName(obj) {
  obj.name = "Nicholas";
  obj = new Object();
  obj.name = "Greg";
}

var person = new Object();
setName(person);
alert(person.name);  //"Nicholas"

如果person是按引用传递的，那么person就会自动被修改为指向name属性值为Greg的新对象。但是person.name显示的值仍然是Nicholas。这说明即使在函数内部修改了这个参数的值，但原始的引用仍然保持未变。实际上，当在函数内部重写obj时，这个变量引用的就是一个局部对象了。而这个局部对象会在函数执行完毕后立即被销毁。

可以把ECMAScript函数的参数想象成局部变量。

4.1.4 检测类型

typeof操作符是确定一个变量是字符串、数值、布尔值，还是undefined的最佳工具。如果变量的值是一个对象或null，则typeof操作符会像下面例子中所示的那样返回object：

var s = "Nicholas";
var a = true;
var i = 22;
var u;
var n = null;
var o = new Object();

alert(typeof s);  //string
alert(typeof i);  //number
alert(typeof a);  //boolean
alert(typeof u);  //undefined
alert(typeof n);  //object
alert(typeof o);  //object

通常，我们并不是想知道某个值是对象，而是想知道它是什么类型的对象。为此，ECMAScript提供了instanceof操作符。

result = variable instanceof constructor

如果变量是给定引用类型的实例，那么instanceof操作符就会返回true。

alert(person instanceof Object);  //变量person是Object吗？
alert(colors instanceof Array);  //变量colors是Array吗？
alert(pattern instanceof RegExp);  //变量pattern是RegExp吗？

根据规定，所有引用类型的值都是Object的实例。在检测一个引用类型值和Object构造函数时，instanceof操作符始终会返回true。当然，如果使用instance操作符检测基本类型的值，则该操作符会返回false，因为基本类型不是对象。

4.2 执行环境及作用域

执行环境是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。虽然我们编写的代码无法访问这个对象，但解析器在处理数据时会在后台使用它。
全局执行环境是最外围的一个执行环境。根据ECMAScript实现所在宿主环境不同，表示执行环境的对象也不一样。在Web浏览器中，全局执行环境被认为是window对象，因此所有全局变量和函数都是作为window对象的属性和方法创建的。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（全局执行环境直到应用程序退出——例如关闭网页或浏览器——时才会被销毁）。
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。
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，用来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。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。
标识符解析是沿着作用域链一级一级地搜素标识符的过程。搜索过程始终从作用域链的前端开始，然后逐级地向后回溯，直至找到标识符为止。

var color = "blue";

function changeColor() {
  if (color === "blur") {
    color = "red";
   } else {
    color = "blur";
  }
}
changeColor();
alert("Color is now " + color);

函数changeColor()的作用域链包含两个对象：它自己的变量对象和全局环境的变量对象。可以在函数内部访问变量color，就是因为可以在这个作用域链中找到它。
此外，在局部作用域中定义的变量可以在局部环境中与全局变量互换使用，如下所示：

var color = "blue";
function changeColor() {
  var anotherColor = "red";
  function swapColors() {
    var tempColor = anotherColor;
    anotherColor = color;
    color = tempColor;
    //这里可以访问color、anotherColor和tempColor
  }
  //这里可以访问color和anotherColor，但不能访问tempColor swapColors();
}
//这里只能访问color changeColor();

以上代码共涉及3个执行环境：全局环境、changeColor()的局部环境和swapColors()的局部环境。全局环境中有一个变量color和一个函数changeColor()。changeColor()的局部环境中有一个名为anotherColor的变量和一个名为swapColors()的函数，但它也可以访问全局环境中的变量color。swapColors()的局部环境中有一个变量tempColor，该变量只能在这个环境中访问到。无论全局环境还是changeColor()的局部环境都无权访问tempColor。然而，在swapColors()内部则可以访问其他两个环境中的所有变量，因为那两个环境是它的父执行环境。

函数参数也被当作变量来对待，因此其访问规则与执行环境中的其他变量相同。

4.2.1 延长作用域链

当执行流进入下列任何一个语句时，作用域链就会得到加长：

这两个语句都会在作用域链的前端添加一个变量对象。对with语句来说，会将指定的对象添加到作用域链中。对catch语句来说，会创建一个新的变量对象，其中包含的是被抛出的错误对象的声明。

function buildUrl() {
  var qs = "?debug=true";

  with(location) {
    var url = href + qs;
  }
  return url;
}

4.2.2 没有块级作用域

JavaScript没有块级作用域经常会导致理解上的困惑。

  1. 声明变量
    使用var声明的变量会自动被添加到最接近的环境中。如果初始化变量时没有使用var声明，该变量会自动被添加到全局环境。
function add(num1, num2) {
  var sum = num1 + num2;
  return sum;
}
var result = add(10, 20);  //30
alert(sum);  //由于sum不是有效的变量，因此会导致错误

function add(num1, num2) {
  sum = num1 + num2;
  return sum;
}
var result = add(10, 20);  //30
alert(sum);  //30
  1. 查询标识符
    当在某个环境中为了读取或写入而引用一个标识符时，必须通过搜索来确定该标识符实际代表什么。搜索过程从作用域链的前端开始，向上逐级查询与给定名字匹配的标识符。如果在局部环境中找到了该标识符，搜索过程停止，变量就绪。如果在局部环境中没有找到该变量名，则继续沿作用域链向上搜索。搜索过程将一直追溯到全局环境的变量对象。如果在全局环境中也没有找到这个标识符，则意味着该变量尚未声明。
    在这个搜索过程中，如果存在一个局部的变量的定义，则搜索会自动停止，不再进入另一个变量对象。换句话说，如果局部环境中存在着同名标识符，就不会使用位于父环境中的标识符。
var color = "blue";
function getColor() {
  var color = "red";
  return color;
}
alert(getColor());  //"red"
alert(window.color);  //"blue"

变量查询也并不是没有代价的。很明显，访问局部变量要比访问全局变量更快，因为不用向上搜索作用域链。

4.3 垃圾收集

JavaScript具有自动垃圾收集机制。这种垃圾收集机制的原理其实很简单：找出那些不再继续使用的变量，然后释放其占用的内存。为此，垃圾收集器会按照固定的时间间隔周期性地执行这一操作。

4.3.1 标记清除

JavaScript中最常用的垃圾收集方式是标记清除。当变量进入环境时标记为“进入环境”，离开环境时标记“离开环境”。
垃圾收集器在运行的时候会给存储在内存中的所有变量都加上标记。然后，去掉环境中的变量以及被环境中的变量引用的变量的标记。而在此之后再被加上标记的变量将被视为准备删除的变量。

4.3.2 引用计数

另一种不太常见的垃圾手机策略叫做引用计数。存在循环引用问题。

4.3.3 性能问题

在有的浏览器中可以触发垃圾收集过程，但我们不建议这样做。

4.3.4 管理内存

确保占用最少的内存可以让页面获得更好的性能。一旦数据不再有用，最好通过将其值设置为null来释放其引用——这个做法叫做解除引用。这一做法适用于大多数全局变量和全局对象的属性。局部变量会在它们离开执行环境时自动被解除引用。

function createPerson(name) {
  var localPerson = new Object();
  localPerson.name = name;
  return localPerson;
}

var globalPerson = createPerson("Nicholas");
//手工解除globalPerson的引用
globalperson = null;

解除引用的真正作用是让值脱离执行环境，以便垃圾收集器下次运行时将其回收。

4.4 小结

JavaScript变量可以用来保存两种类型的值：基本类型和引用类型。基本类型和引用类型值具有以下特点：

所有变量都（基本类型和引用类型）存在于一个执行环境（也称作用域）当中，这个执行环境决定了变量的生命周期，以及那一部分代码可以访问其中的变量。

JavaScript是一门具有自动垃圾收集机制的编程语言。

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