JavaScript执行(三):你知道现在有多少种函数吗?

在前一篇文章中,我们大致了解了执行上下文是什么,也知道了任何语句的执行都会依赖特定的上下文。

一旦上下文被切换,整个语句的效果可能都会发生改变。那么,切换上下文的时机就显得非常重要了。

在 JavaScript,切换上下文最主要的场景是函数调用。在这一课,我们就来讲讲函数调用切换上下文的事情。我们在讲函数调用之前,首先来认识一下函数家族。

函数

在 ES2018 中,函数已经是一个很复杂的体系了,我在这里整理了一下。

第一种,普通函数:用 function 关键字定义的函数。

示例:


function foo(){
    // code
}

第二种,箭头函数:用 => 运算符定义的函数。

示例:


const foo = () => {
    // code
}

第三种,方法:在 class 中定义的函数。

示例:


class C {
    foo(){
        //code
    }
}

第四种,生成器函数:用 function * 定义的函数。

示例:


function* foo(){
    // code
}

第五种,类:用 class 定义的类,实际上也是函数。

示例:


class Foo {
    constructor(){
        //code
    }
}

第六 / 七 / 八种,异步函数:普通函数、箭头函数和生成器函数加上 async 关键字。

示例:


async function foo(){
    // code
}
const foo = async () => {
    // code
}
async function foo*(){
    // code
}

ES6 以来,大量加入的新语法极大地方便了我们编程的同时,也增加了很多我们理解的心智负担。要想认识这些函数的执行上下文切换,我们必须要对它们行为上的区别有所了解。

对普通变量而言,这些函数并没有本质区别,都是遵循了“继承定义时环境”的规则,它们的一个行为差异在于 this 关键字。

那么,this 关键字是什么呢,我们一起来看一看。

this 关键字的行为

this 是 JavaScript 中的一个关键字,它的使用方法类似于一个变量(但是 this 跟变量的行为有很多不同,上一节课我们讲了一些普通变量的行为和机制,也就是 var 声明和赋值、let 的内容)。

this 是执行上下文中很重要的一个组成部分。同一个函数调用方式不同,得到的 this 值也不同,我们看一个例子:


function showThis(){
    console.log(this);
}

var o = {
    showThis: showThis
}

showThis(); // global
o.showThis(); // o

在这个例子中,我们定义了函数 showThis,我们把它赋值给一个对象 o 的属性,然后尝试分别使用两个引用来调用同一个函数,结果得到了不同的 this 值。

普通函数的 this 值由“调用它所使用的引用”决定,其中奥秘就在于:我们获取函数的表达式,它实际上返回的并非函数本身,而是一个 Reference 类型(记得我们在类型一章讲过七种标准类型吗,正是其中之一)。

Reference 类型由两部分组成:一个对象和一个属性值。不难理解 o.showThis 产生的 Reference 类型,即由对象 o 和属性“showThis”构成。

当做一些算术运算(或者其他运算时),Reference 类型会被解引用,即获取真正的值(被引用的内容)来参与运算,而类似函数调用、delete 等操作,都需要用到 Reference 类型中的对象。

在这个例子中,Reference 类型中的对象被当作 this 值,传入了执行函数时的上下文当中。

至此,我们对 this 的解释已经非常清晰了:调用函数时使用的引用,决定了函数执行时刻的 this 值。

实际上从运行时的角度来看,this 跟面向对象毫无关联,它是与函数调用时使用的表达式相关。

这个设计来自 JavaScript 早年,通过这样的方式,巧妙地模仿了 Java 的语法,但是仍然保持了纯粹的“无类”运行时设施。

如果,我们把这个例子稍作修改,换成箭头函数,结果就不一样了:


const showThis = () => {
    console.log(this);
}

var o = {
    showThis: showThis
}

showThis(); // global
o.showThis(); // global

我们看到,改为箭头函数后,不论用什么引用来调用它,都不影响它的 this 值。

接下来我们看看“方法”,它的行为又不一样了:


class C {
    showThis() {
        console.log(this);
    }
}
var o = new C();
var showThis = o.showThis;

showThis(); // undefined
o.showThis(); // o

这里我们创建了一个类 C,并且实例化出对象 o,再把 o 的方法赋值给了变量 showThis。

这时候,我们使用 showThis 这个引用去调用方法时,得到了 undefined。

所以,在方法中,我们看到 this 的行为也不太一样,它得到了 undefined 的结果。

按照我们上面的方法,不难验证出:生成器函数、异步生成器函数和异步普通函数跟普通函数行为是一致的,异步箭头函数与箭头函数行为是一致的。

this 关键字的机制

说完了 this 行为,我们再来简单谈谈在 JavaScript 内部,实现 this 这些行为的机制,让你对这部分知识有一个大概的认知。

函数能够引用定义时的变量,如上文分析,函数也能记住定义时的 this,因此,函数内部必定有一个机制来保存这些信息。

在 JavaScript 标准中,为函数规定了用来保存定义时上下文的私有属性[[Environment]]。

当一个函数执行时,会创建一条新的执行环境记录,记录的外层词法环境(outer lexical environment)会被设置成函数的[[Environment]]。

这个动作就是切换上下文了,我们假设有这样的代码:


var a = 1;
foo();

在别处定义了foo:

var b = 2;
function foo(){
    console.log(b); // 2
    console.log(a); // error
}

这里的 foo 能够访问 b(定义时词法环境),却不能访问 a(执行时的词法环境),这就是执行上下文的切换机制了。

JavaScript 用一个栈来管理执行上下文,这个栈中的每一项又包含一个链表。如下图所示:

当函数调用时,会入栈一个新的执行上下文,函数调用结束时,执行上下文被出栈。

而 this 则是一个更为复杂的机制,JavaScript 标准定义了 [[thisMode]] 私有属性。

[[thisMode]] 私有属性有三个取值。

lexical:表示从上下文中找 this,这对应了箭头函数。

global:表示当 this 为 undefined 时,取全局对象,对应了普通函数。

strict:当严格模式时使用,this 严格按照调用时传入的值,可能为 null 或者 undefined。

非常有意思的是,方法的行为跟普通函数有差异,恰恰是因为 class 设计成了默认按 strict 模式执行。

我们可以用 strict 达成与上一节中方法的例子一样的效果:


"use strict"
function showThis(){
    console.log(this);
}

var o = {
    showThis: showThis
}

showThis(); // undefined
o.showThis(); // o

函数创建新的执行上下文中的词法环境记录时,会根据[[thisMode]]来标记新纪录的[[ThisBindingStatus]]私有属性。

代码执行遇到 this 时,会逐层检查当前词法环境记录中的[[ThisBindingStatus]],当找到有 this 的环境记录时获取 this 的值。

这样的规则的实际效果是,嵌套的箭头函数中的代码都指向外层 this,例如:


var o = {}
o.foo = function foo(){
    console.log(this);
    return () => {
        console.log(this);
        return () => console.log(this);
    }
}

o.foo()()(); // o, o, o

这个例子中,我们定义了三层嵌套的函数,最外层为普通函数,两层都是箭头函数。

这里调用三个函数,获得的 this 值是一致的,都是对象 o。

JavaScript 还提供了一系列函数的内置方法来操纵 this 值,下面我们来了解一下。

操作 this 的内置函数

Function.prototype.call 和 Function.prototype.apply 可以指定函数调用时传入的 this 值,示例如下:


function foo(a, b, c){
    console.log(this);
    console.log(a, b, c);
}
foo.call({}, 1, 2, 3);
foo.apply({}, [1, 2, 3]);

这里 call 和 apply 作用是一样的,只是传参方式有区别。

此外,还有 Function.prototype.bind 它可以生成一个绑定过的函数,这个函数的 this 值固定了参数:


function foo(a, b, c){
    console.log(this);
    console.log(a, b, c);
}
foo.bind({}, 1, 2, 3)();

有趣的是,call、bind 和 apply 用于不接受 this 的函数类型如箭头、class 都不会报错。

这时候,它们无法实现改变 this 的能力,但是可以实现传参。

结语

在这一节课程中,我们认识了 ES2018 中规定的各种函数,我一共简单介绍了 8 种函数。

我们围绕 this 这个中心,介绍了函数的执行上下文切换机制。同时我们还讲解了 this 中的一些相关知识。包括了操作 this 的内置函数。

最后,留给你一个问题,你在日常开发中用过哪些函数类型呢?欢迎给我留言,我们一起讨论。

补充阅读:new 与 this

我们在之前的对象部分已经讲过 new 的执行过程,我们再来看一下:

以构造器的 prototype 属性(注意与私有字段[[prototype]]的区分)为原型,创建新对象;

将 this 和调用参数传给构造器,执行;

如果构造器返回的是对象,则返回,否则返回第一步创建的对象。

显然,通过 new 调用函数,跟直接调用的 this 取值有明显区别。那么我们今天讲的这些函数跟 new 搭配又会产生什么效果呢?

这里我整理了一张表:

我们可以看到,仅普通函数和类能够跟 new 搭配使用,这倒是给我们省去了不少麻烦。

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