深入理解javascript执行上下文(Execution Context)

本文转自：http://blogread.cn/it/article/6178

在这篇文章中，将比较深入地阐述下执行上下文 - Javascript中最基础也是最重要的一个概念。相信读完这篇文章后，你就会明白javascript引擎内部在执行代码以前到底做了些什么，为什么某些函数以及变量在没有被声明以前就可以被使用，以及它们的最终的值是怎样被定义的。

什么是执行上下文

Javascript中代码的运行环境分为以下三种：

全局级别的代码 - 这个是默认的代码运行环境，一旦代码被载入，引擎最先进入的就是这个环境。
函数级别的代码 - 当执行一个函数时，运行函数体中的代码。
Eval的代码 - 在Eval函数内运行的代码。

在网上可以找到很多阐述作用域的资源，为了使该文便于大家理解，我们可以将“执行上下文”看做当前代码的运行环境或者作用域。下面我们来看一个示例，其中包括了全局以及函数级别的执行上下文：

上图中，一共用4个执行上下文。紫色的代表全局的上下文；绿色代表person函数内的上下文；蓝色以及橙色代表person函数内的另外两个函数的上下文。注意，不管什么情况下，只存在一个全局的上下文，该上下文能被任何其它的上下文所访问到。也就是说，我们可以在person的上下文中访问到全局上下文中的sayHello变量，当然在函数firstName或者lastName中同样可以访问到该变量。

至于函数上下文的个数是没有任何限制的，每到调用执行一个函数时，引擎就会自动新建出一个函数上下文，换句话说，就是新建一个局部作用域，可以在该局部作用域中声明私有变量等，在外部的上下文中是无法直接访问到该局部作用域内的元素的。在上述例子的，内部的函数可以访问到外部上下文中的声明的变量，反之则行不通。那么，这到底是什么原因呢？引擎内部是如何处理的呢？

执行上下文堆栈

在浏览器中，javascript引擎的工作方式是单线程的。也就是说，某一时刻只有唯一的一个事件是被激活处理的，其它的事件被放入队列中，等待被处理。下面的示例图描述了这样的一个堆栈：

我们已经知道，当javascript代码文件被浏览器载入后，默认最先进入的是一个全局的执行上下文。当在全局上下文中调用执行一个函数时，程序流就进入该被调用函数内，此时引擎就会为该函数创建一个新的执行上下文，并且将其压入到执行上下文堆栈的顶部。浏览器总是执行当前在堆栈顶部的上下文，一旦执行完毕，该上下文就会从堆栈顶部被弹出，然后，进入其下的上下文执行代码。这样，堆栈中的上下文就会被依次执行并且弹出堆栈，直到回到全局的上下文。请看下面一个例子：

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

上述foo被声明后，通过()运算符强制直接运行了。函数代码就是调用了其自身3次，每次是局部变量i增加1。每次foo函数被自身调用时，就会有一个新的执行上下文被创建。每当一个上下文执行完毕，该上上下文就被弹出堆栈，回到上一个上下文，直到再次回到全局上下文。真个过程抽象如下图:

由此可见，对于执行上下文这个抽象的概念，可以归纳为以下几点：

单线程
同步执行
唯一的一个全局上下文
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。

执行上下文的建立过程

我们现在已经知道，每当调用一个函数时，一个新的执行上下文就会被创建出来。然而，在javascript引擎内部，这个上下文的创建过程具体分为两个阶段:

建立阶段(发生在当调用一个函数时，但是在执行函数体内的具体代码以前)
- 建立变量，函数，arguments对象，参数
- 建立作用域链
- 确定this的值
代码执行阶段:
- 变量赋值，函数引用，执行其它代码

实际上，可以把执行上下文看做一个对象，其下包含了以上3个属性：

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executionContextObj = {
variableObject: { /* 函数中的arguments对象, 参数, 内部的变量以及函数声明 */ },
scopeChain: { /* variableObject 以及所有父执行上下文中的variableObject */ },
this: {}
}

建立阶段以及代码执行阶段的详细分析

确切地说，执行上下文对象（上述的executionContextObj）是在函数被调用时，但是在函数体被真正执行以前所创建的。函数被调用时，就是我上述所描述的两个阶段中的第一个阶段 - 建立阶段。这个时刻，引擎会检查函数中的参数，声明的变量以及内部函数，然后基于这些信息建立执行上下文对象（executionContextObj）。在这个阶段，variableObject对象，作用域链，以及this所指向的对象都会被确定。

上述第一个阶段的具体过程如下：

找到当前上下文中的调用函数的代码
在执行被调用的函数体中的代码以前，开始创建执行上下文
进入第一个阶段-建立阶段:
- 建立variableObject对象:
  1. 建立arguments对象，检查当前上下文中的参数，建立该对象下的属性以及属性值
  2. 检查当前上下文中的函数声明：
    - 每找到一个函数声明，就在variableObject下面用函数名建立一个属性，属性值就是指向该函数在内存中的地址的一个引用
    - 如果上述函数名已经存在于variableObject下，那么对应的属性值会被新的引用所覆盖。
  3. 检查当前上下文中的变量声明：
    - 每找到一个变量的声明，就在variableObject下，用变量名建立一个属性，属性值为undefined。
    - 如果该变量名已经存在于variableObject属性中，直接跳过(防止指向函数的属性的值被变量属性覆盖为undefined)，原属性值不会被修改。
- 初始化作用域链
- 确定上下文中this的指向对象
代码执行阶段:
- 执行函数体中的代码，一行一行地运行代码，给variableObject中的变量属性赋值。

下面来看个具体的代码示例:

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

};
function c() {

}
}

foo(22);

在调用foo(22)的时候，建立阶段如下:

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

由此可见，在建立阶段，除了arguments，函数的声明，以及参数被赋予了具体的属性值，其它的变量属性默认的都是undefined。一旦上述建立阶段结束，引擎就会进入代码执行阶段，这个阶段完成后，上述执行上下文对象如下:

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

我们看到，只有在代码执行阶段，变量属性才会被赋予具体的值。

局部变量作用域提升的缘由

在网上一直看到这样的总结：在函数中声明的变量以及函数，其作用域提升到函数顶部，换句话说，就是一进入函数体，就可以访问到其中声明的变量以及函数。这是对的，但是知道其中的缘由吗？相信你通过上述的解释应该也有所明白了。不过在这边再分析一下。看下面一段代码:

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(function() {

console.log(typeof foo); // function pointer
console.log(typeof bar); // undefined

var foo = 'hello',
bar = function() {
return 'world';
};

function foo() {
return 'hello';
}

}());

上述代码定义了一个匿名函数，并且通过()运算符强制理解执行。那么我们知道这个时候就会有个执行上下文被创建，我们看到例子中马上可以访问foo以及bar变量，并且通过typeof输出foo为一个函数引用，bar为undefined。

为什么我们可以在声明foo变量以前就可以访问到foo呢？

因为在上下文的建立阶段，先是处理arguments, 参数，接着是函数的声明，最后是变量的声明。那么，发现foo函数的声明后，就会在variableObject下面建立一个foo属性，其值是一个指向函数的引用。当处理变量声明的时候，发现有var foo的声明，但是variableObject已经具有了foo属性，所以直接跳过。当进入代码执行阶段的时候，就可以通过访问到foo属性了，因为它已经就存在，并且是一个函数引用。
为什么bar是undefined呢？

因为bar是变量的声明，在建立阶段的时候，被赋予的默认的值为undefined。由于它只要在代码执行阶段才会被赋予具体的值，所以，当调用typeof(bar)的时候输出的值为undefined。