JavaScript中的作用域（Scope in JavaScript）

英语原文：http://www.digital-web.com/articles/scope_in_javascript/

译文原址：http://realazy.org/blog/2007/07/18/scope-in-javascript/

作用域（scope）是JavaScript语言的基石之一，在构建复杂程序时也可能是最令我头痛的东西。记不清多少次在函数之间传递控制后忘记 this关键字引用的究竟是哪个对象，甚至，我经常以各种不同的混乱方式来曲线救国，试图伪装成正常的代码，以我自己的理解方式来找到所需要访问的变量。

这篇文章将正面解决这个问题：简述上下文（context）和作用域的定义，分析可以让我们掌控上下文的两种方法，最后深入一种高效的方案，它能有效解决我所碰到的90%的问题。

我在哪儿？你又是谁（Where Am I? And Who Are You?）

JavaScript 程序的每一个字节都是在这个或那个运行上下文（execution context）中执行的。你可以把这些上下文想象为代码的邻居，它们可以给每一行代码指明：从何处来，朋友和邻居又是谁。没错，这是很重要的信息，因为 JavaScript社会有相当严格的规则，规定谁可以跟谁交往。运行上下文则是有大门把守的社区而非其内开放的小门。

我们通常可以把这些社会边界称为作用域，并且有充足的重要性在每一位邻居的宪章里立法，而这个宪章就是我们要说的上下文的作用域链（scope chain）。在特定的邻里关系内，代码只能访问它的作用域链内的变量。与超出它邻里的变量比起来，代码更喜欢跟本地（local，即局部）的打交道。

具体地说，执行一个函数会创建一个不同的运行上下文，它会将局部作用域增加到它所定义的作用域链内。JavaScript通过作用域链的局部向全局攀升方式，在特定的上下文中解析标识符。这表示，本级变量会优先于作用域链内上一级拥有相同名字的变量。显而易见，当我的好友们一起谈论”Mike West”（本文原作者）时，他们说的就是我，而非bluegrass singer 或是Duke professor, 尽管（按理说）后两者著名多了。

让我们看些例子来探索这些含义：

1. <scripttype="text/javascript">
2. varima_celebrity="Everyonecanseeme!I'mfamous!",
3. the_president="I'mthedecider!";
5. functionpleasantville(){
6. varthe_mayor="IrulePleasantvillewithanironfist!",
7. ima_celebrity="AllmyneighborsknowwhoIam!";
9. functionlonely_house(){
10. varagoraphobic="Ifearthedaystar!",
11. a_cat="Meow.";
12. }
13. }
14. </script>

我们的全明星，ima_celebrity, 家喻户晓（所有人都认识她）。她在政治上积极活跃，敢于在一个相当频繁的基层上叫嚣总统（即the_president）。她会为碰到的每一个人签名和回答问题。就是说，她不会跟她的粉丝有私下的联系。她相当清楚粉丝们的存在 并有他们自己某种程度上的个人生活，但也可以肯定的是，她并不知道粉丝们在干嘛，甚至连粉丝的名字都不知道。

而在欢乐市（pleasantville）内，市长（the_mayor）是众所周知的。她经常在她的城镇内散步，跟她的选民聊天、握手并亲吻小孩。因为欢乐市（pleasantville）还算比较大且重要的邻居，市长在她办公室内放置一台红色电话，它是一条可以直通总统的7×24热线。她还可以看到市郊外山上的孤屋（lonely_house），但从不在意里面住着的是谁。

而孤屋（lonely_house）是一个自我的世界。旷恐患者时常在里面囔囔自语，玩纸牌和喂养一个小猫（a_cat）。他偶尔会给市长（the_mayor）打电话咨询一些本地的噪音管制，甚至在本地新闻看到ima_celebrity后会写些粉丝言语给她（当然，这是pleasantville内的ima_celebrity）。

this? 那是虾米？（this? What's that?）

每一个运行上下文除了建立一个作用域链外，还提供一个名为this的关键字。它的普遍用法是，this作为一个独特的功能，为邻里们提供一个可访问到它的途径。但总是依赖于这个行为并不可靠：取决于我们如何进入一个特定邻居的具体情况，this表示的完全可能是其他东西。事实上，我们如何进去邻居家本身，通常恰恰就是this所指。有四种情形值得特别注意：

• 呼叫对象的方法

  在经典的面向对象编程中，我们需要识别和引用当前对象。this极好地扮演了这个角色，为我们的对象提供了自我查找的能力，并指向它们本身的属性。

  1. <scripttype="text/javascript">
  2. vardeep_thought={
  3. the_answer:42,
  4. ask_question:function(){
  5. returnthis.the_answer;
  6. }
  7. };
  9. varthe_meaning=deep_thought.ask_question();
  10. </script>

  这个例子建立了一个名为deep_thought的对象，设置其属性 the_answer为42，并创建了一个名为ask_question 的方法（method）。当deep_thought.ask_question()执行时， JavaScript为函数的呼叫建立了一个运行上下文，通过”.“运算符把this指向被引用的对象，在此是deep_thought这个对象。之后这个方法就可以通过this在镜子中找到它自身的属性，返回保存在 this.the_answer中的值：42。

• 构造函数

  类似地，当定义一个作为构造器的使用new关键字的函数时，this可以用来引用刚创建的对象。让我们重写一个能反映这个情形的例子：

  1. <scripttype="text/javascript">
  2. functionBigComputer(answer){
  3. this.the_answer=answer;
  4. this.ask_question=function(){
  5. returnthis.the_answer;
  6. }
  7. }
  9. vardeep_thought=newBigComputer(42);
  10. varthe_meaning=deep_thought.ask_question();
  11. </script>

  我们编写一个函数来创建BigComputer对象，而不是直白地创建 deep_thought对象，并通过new关键字实例化deep_thought为一个实例变量。当new BigComputer()被执行，后台透明地创建了一个崭新的对象。呼叫BigComputer后，它的this关键字被设置为指向新对象的引用。这个函数可以在this上设置属性和方法，最终它会在BigComputer执行后透明地返回。

  尽管如此，需要注意的是，那个deep_thought.the_question()依然可以像从前一样执行。那这里发生了什么事？为何this在the_question内与BigComputer内会有所不同？简单地说，我们是通过new进入BigComputer的，所以this表示“新（new）的对象”。在另一方面，我们通过 deep_thought进入the_question，所以当我们执行该方法时，this表示 “deep_thought所引用的对象”。this并不像其他的变量一样从作用域链中读取，而是在上下文的基础上，在上下文中重置。

• 函数呼叫

  假如没有任何相关对象的奇幻东西，我们只是呼叫一个普通的、常见的函数，在这种情形下this表示的又是什么呢？

  1. <scripttype="text/javascript">
  2. functiontest_this(){
  3. returnthis;
  4. }
  5. vari_wonder_what_this_is=test_this();
  6. </script>

  在这样的场合，我们并不通过new来提供上下文，也不会以某种对象形式在背后偷偷提供上下文。在此， this默认下尽可能引用最全局的东西：对于网页来说，这就是 window对象。

• 事件处理函数

  比普通函数的呼叫更复杂的状况，先假设我们使用函数去处理的是一个onclick事件。当事件触发我们的函数运行，此处的this表示的是什么呢？不凑巧，这个问题不会有简单的答案。

  如果我们写的是行内（inline）事件处理函数，this引用的是全局window对象：

  1. <scripttype="text/javascript">
  2. functionclick_handler(){
  3. alert(this);//弹出window对象
  4. }
  5. </script>
  6. ...
  7. <buttonid='thebutton'onclick='click_handler()'>Clickme!</button>

  但是，如果我们通过JavaScript来添加事件处理函数，this引用的是生成该事件的DOM元素。（注意：此处的事件处理非常简洁和易于阅读，但其他的就别有洞天了。请使用真正的addEvent函数取而代之）：

1. <scripttype="text/javascript">
2. functionclick_handler(){
3. alert(this);//弹出按钮的DOM节点
4. }
6. functionaddhandler(){
7. document.getElementById('thebutton').onclick=click_handler;
8. }
10. window.onload=addhandler;
11. </script>
12. ...
13. <buttonid='thebutton'>Clickme!</button>

复杂情况

让我们来短暂地运行一下这个最后的例子。我们需要询问deep_thought一个问题，如果不是直接运行click_handler而是通过点击按钮的话，那会发生什么事情？解决此问题的代码貌似十分直接，我们可能会这样做：

1. <scripttype="text/javascript">
2. functionBigComputer(answer){
3. this.the_answer=answer;
4. this.ask_question=function(){
5. alert(this.the_answer);
6. }
7. }
9. functionaddhandler(){
10. vardeep_thought=newBigComputer(42),
11. the_button=document.getElementById('thebutton');
13. the_button.onclick=deep_thought.ask_question;
14. }
16. window.onload=addhandler;
17. </script>

很完美吧？想象一下，我们点击按钮，deep_thought.ask_question被执行，我们也得到了“42”。但是为什么浏览器却给我们一个undefined? 我们错在何处？

其实问题显而易见：我们给ask_question传递一个引用，它作为一个事件处理函数来执行，与作为对象方法来运行的上下文并不一样。简而言之，ask_question中的 this关键字指向了产生事件的DOM元素，而不是在BigComputer的对象中。DOM元素并不存在一个the_answer属性，所以我们得到的是 undefined而不是”42″. setTimeout也有类似的行为，它在延迟函数执行的同时跑到了一个全局的上下文中去了。

这个问题会在程序的所有角落时不时突然冒出，如果不细致地追踪程序的每一个角落的话，还是一个非常难以排错的问题，尤其在你的对象有跟DOM元素或者window对象同名属性的时候。

使用.apply()和.call()掌控上下文

在点击按钮的时候，我们真正需要的是能够咨询deep_thought一个问题，更进一步说，我们真正需要的是，在应答事件和setTimeout的呼叫时，能够在自身的本原上下文中呼叫对象的方法。有两个鲜为人知的JavaScript方法，apply和call，在我们执行函数呼叫时，可以曲线救国帮我们达到目的，允许我们手工覆盖this的默认值。我们先来看call：

1. <scripttype="text/javascript">
2. varfirst_object={
3. num:42
4. };
5. varsecond_object={
6. num:24
7. };
9. functionmultiply(mult){
10. returnthis.num*mult;
11. }
13. multiply.call(first_object,5);//返回42*5
14. multiply.call(second_object,5);//返回24*5
15. </script>

在这个例子中，我们首先定义了两个对象，first_object和second_object，它们分别有自己的num属性。然后定义了一个multiply函数，它只接受一个参数，并返回该参数与this所指对象的num属性的乘积。如果我们呼叫函数自身，返回的答案极大可能是undefined，因为全局window对象并没有一个num属性除非有明确的指定。我们需要一些途径来告诉multiply里面的this关键字应该引用什么。而multiply的call方法正是我们所需要的。

call的第一个参数定义了在业已执行的函数内this的所指对象。其余的参数则传入业已执行的函数内，如同函数的自身呼叫一般。所以，当执行multiply.call(first_object, 5)时，multiply被呼叫，5传入作为第一个参数，而this关键字被设置为first_object的引用。同样，当执行multiply.call(second_object, 5)时，5传入作为第一个参数，而this关键字被设置为second_object的引用。

apply以call一样的方式工作，但可以让你把参数包裹进一个数组再传递给呼叫函数，在程序性生成函数呼叫时尤为有用。使用apply重现上一段代码，其实区别并不大：

1. <scripttype="text/javascript">
2. ...
4. multiply.apply(first_object,[5]);//返回42*5
5. multiply.apply(second_object,[5]);//返回24*5
6. </script>

apply

和call本身都非常有用，并值得贮藏于你的工具箱内，但对于事件处理函数所改变的上下文问题，也只是送佛到西天的中途而已，剩下的还是得我们来解决。在搭建处理函数时，我们自然而然地认为，只需简单地通过使用call来改变this的含义即可：

1. functionaddhandler(){
2. vardeep_thought=newBigComputer(42),
3. the_button=document.getElementById('thebutton');
5. the_button.onclick=deep_thought.ask_question.call(deep_thought);
6. }

代码之所以有问题的理由很简单：call立即执行了函数（译注：其实可以用一个匿名函数封装，例如the_button.onclick = function(){deep_thought.ask_question.call(deep_thought);}，但比起即将讨论的bind来，依然不够优雅）。我们给onclcik处理函数一个函数执行后的结果而非函数的引用。所以我们需要利用另一个JavaScript特色，以解决这个问题。

.bind()之美

我并不是 Prototype JavaScript framework的忠实粉丝，但我对它的总体代码质量印象深刻。具体而言，它为Function对象增加一个简洁的补充，对我管理函数呼叫执行后的上下文产生了极大的正面影响：bind跟call一样执行相同的常见任务，改变函数执行的上下文。不同之处在于bind返回的是函数引用可以备用，而不是call的立即执行而产生的最终结果。

如果需要简化一下bind函数以抓住概念的重点，我们可以先把它插进前面讨论的乘积例子中去，看它究竟是如何工作的。这是一个相当优雅的解决方案：

1. <scripttype="text/javascript">
2. varfirst_object={
3. num:42
4. };
5. varsecond_object={
6. num:24
7. };
9. functionmultiply(mult){
10. returnthis.num*mult;
11. }
13. Function.prototype.bind=function(obj){
14. varmethod=this,
15. temp=function(){
16. returnmethod.apply(obj,arguments);
17. };
19. returntemp;
20. }
22. varfirst_multiply=multiply.bind(first_object);
23. first_multiply(5);//返回42*5
25. varsecond_multiply=multiply.bind(second_object);
26. second_multiply(5);//返回24*5
27. </script>

首先，我们定义了first_object, second_object和multiply函数，一如既往。细心处理这些后，我们继续为Function对象的prototype定义一个bind方法，这样的话，我们程序里的函数都有一个bind方法可用。当执行multiply.bind(first_object)时，JavaScript为bind方法创建一个运行上下文，把this置为multiply函数的引用，并把第一个参数obj置为first_object的引用。目前为止，一切皆顺。

这个解决方案的真正天才之处在于method的创建，置为this的引用所指（即multiply函数自身）。当下一行的匿名函数被创建，method通过它的作用域链访问，obj亦然（不要在此使用this, 因为新创建的函数执行后，this会被新的、局部的上下文覆盖）。这个this的别名让apply执行multiply函数成为可能，而传递obj则确保上下文的正确。用计算机科学的话说，temp是一个闭包（closure），它可以保证，需要在first_object的上下文中执行multiply，bind呼叫的最终返回可以用在任何的上下文中。

这才是前面说到的事件处理函数和setTimeout情形所真正需要的。以下代码完全解决了这些问题，绑定deep_thought.ask_question方法到deep_thought的上下文中，因此能在任何事件触发时都能正确运行：

1. functionaddhandler(){
2. vardeep_thought=newBigComputer(42),
3. the_button=document.getElementById('thebutton');
5. the_button.onclick=deep_thought.ask_question.bind(deep_thought);
6. }

漂亮。