深入理解javascript作用域系列第五篇——一张图理解执行环境和作用域

前面的话

对于执行环境（execution contexr）和作用域（scope）并不容易区分，甚至很多人认为它们就是一回事，只是高程和犀牛书关于作用域的两种不同翻译而已。但实际上，它们并不相同，却相互纠缠在一起。

概念

【作用域】：作用域是一套规则，用于确定在何处以及如何查找标识符。关于LHS查询和RHS查询详见作用域系列第一篇内部原理。
作用域分为词法作用域和动态作用域。javascript使用词法作用域，简单的说，词法作用域就是定义在词法阶段的作用域，是由写代码时将变量和函数写在哪里来决定的。于是词法作用域也可以描述为程序源代码中定义变量和函数的区域。

作用域可以分为全局作用域和函数作用域，函数作用域可以互相嵌套。

在下面的例子中，存在着全局作用域，fn作用域和bar作用域，它们相互嵌套。
这里写图片描述

【作用域链和自由变量】
各个作用域的嵌套关系组成了一条作用域链，例子中bar函数保存的作用域链是bar–> fn –> 全局，fn函数保存的作用域链是fn –> 全局。

使用作用域链主要是进行表示符的查询，标识符解析就是沿着作用域链一级一级地搜素标识符的过程，而作用域链就是要保证对变量和函数的有序访问。

【1】：如果自身作用域中声明了该变量，则无需使用作用域链。
在下面的例子中，如果要在bar函数中查询变量a，则直接使用LHS查询（找到变量容器，并赋值），赋值为100即可。

var a = 1;
var b = 2;
function fn(x){
    var a = 10;
    function bar(x){
        var a = 100;
        b = x + a;
        return b;
    }
    bar(20);
    bar(200);
}
fn(0);

【2】：如果自身作用域中未声明该变量，那么需要使用作用域链进行查找。

这时，就引入了另一个概念——自由变量。在当前作用域中存在但未在当前作用域中声明的变量叫作自由变量。
在下面的例子中，如果要在bar函数中查询变量b，由于b并没有在当前作用域中声明，所以b是自由变量。bar函数的作用域链是bar –> fn –> 全局。到上一级fn作用域中查找b没有找到，继续到再上一级全局作用域中查找b，就找到了b。

var a = 1;
var b = 2;
function fn(x){
    var a = 10;
    function bar(x){
        var a = 100;
        b = x + a;
        return b;
    }
    bar(20);
    bar(200);
}
fn(0);

【注意】：如果表示符没有找到，则需要分为RHS和LHS查询进行分析，若进行的是LHS查询，则在全局环境中声明该变量，若是严格模式下的LHS查询，则抛出ReferenceError(引用错误)异常；若进行的是RHS查询，则抛出ReferenceError(引用错误)异常。

【执行环境】：执行环境（execution context）,有时也称为执行上下文，执行上下文环境或者环境，定义了变量或函数有权访问的其他数据。每个执行环境都有一个与之关联的变量对象（variable object）,环境中定义的所有变量和函数都保存在这个对象中。

一定要区分执行环境和变量对象。执行环境会随着函数的调用和返回，不断的重建和销毁。但变量对象在有变量引用（如闭包）的情况下，将留在内存空间中不被销毁。

这里写图片描述

这是这个例子中的代码执行到第15行时fn(0)函数时的执行环境，执行环境里的变量对象保存了fn()函数作用域内所有的变量和函数的值。

这里写图片描述

【执行流】：代码的执行顺序叫做执行流，程序源代码并不是按照代码的书写顺序一行一行往下执行的，而是和函数的调用顺序有关。

例子中的执行流是第1行 -> 第2行 -> 第4行 -> 第15行 -> 第5行 -> 第7行 -> 第12行 -> 第8行 -> 第9行 -> 第10行 -> 第11行 -> 第13行 -> 第8行 -> 第9行 -> 第10行 -> 第11行 -> 第14行。

这里写图片描述

【注意点】：在程序代码执行之前存在着“编译”和“声明提升”的过程。本例中假设代码是已经经过声明提升过程之后的代码。

【执行环境栈】：执行环境栈类似于作用域链，有序的保存着当前程序中存在的执行环境。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，而在函数执行完之后，栈将其弹出，把控制权返回给之前的执行环境。javascript程序中的执行流正是由这个机制控制着。

在例子中，当执行流进入bar(20)函数时，当前程序的执行环境栈如下图所示。其中黄色的bar(20)执行环境表示当前程序正处在此执行环境中。
这里写图片描述

当bar(20)函数执行完成后，当前程序的执行环境栈如下所示，bar(20)函数的执行环境被销毁，等待垃圾回收，控制权交还给黄色背景的fn(0)执行环境。

这里写图片描述

整个过程的说明

下面按照代码执行流的顺序对该图示代码进行详细说明。
这里写图片描述

【1】：代码执行流进入全局执行环境，并对全局执行环境中的代码进行声明提升。
这里写图片描述

【2】：执行流执行第一行代码 var a = 1;对a进行LHS查询，给a赋值1；执行流执行第二行代码var b = 2；对b进行LHS查询，给b赋值2。
这里写图片描述

【3】：执行流执行第15行代码fn(0)函数，此时执行流进入fn(0)函数执行环境中,对该执行环境中的代码进行声明提升过程，并将实参0赋值给形参x。此时执行环境栈中存在两个执行环境，fn(0)函数为当前执行流所在的执行环境。
这里写图片描述

【4】执行流执行第5行代码 var a = 10；对a进行LHS查询，给a赋值10。
这里写图片描述

【5】：执行流执行第12行代码bar(20)；调用bar(20)函数，此时执行流进入bar(20)函数执行环境中，对该执行环境中的代码进行声明提升过程，并将实参20赋值给形参x。此时执行环境栈中存在三个执行环境，bar(20)函数为当前执行流所在的执行环境。

在声明提升的过程中，由于b是个自由变量，需要通过bar()函数的作用域链bar() –> fn()–> 全局作用域进行查找，最终在全局作用域中也就是代码第2行找到var b = 2;，然后在全局执行环境中找到b的值是2，所以给b赋值2。

这里写图片描述

【6】：执行流执行第8行代码var a = 100，给a赋值100；执行流执行第9行b = x + a；对x进行RHS查询，找到x的值是20，对a进行RHS查询，找到a的值是100，所以通过计算b的值是120，给b赋值120；执行第10行代码return b;，对b进行RHS查询，找到b的值是120，所以函数返回值为120。
这里写图片描述