javascript 必知必会之closure_javascript技巧

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Contents

• 摘要
• 什么是closure
• 执行空间(执行上下文, Execution Context)
• closure的一些用法
• 关于closure的效率
• 应用建议
• 结论
• 参考资料
• 本文的rst源码

什么是closure

一种定义是:

A "closure" is an expression (typically a function) that can have free variables together with an environment that binds those variables (that "closes" the expression).

我的理解是: closure 是一个表达式(通常是一个函数), 这个表达式与一个 环境 共享着一些自由变量, 而这个 环境 则 绑定 着那些自由变量(或者说 结束 这个表达式, 这也是所谓closure 的名字由来). 所谓的 环境 就是一个更大的block, 所有的自由变量在这个 block 中 声明(有意义). 而 绑定 也就是指这些自由变量的作用域就是这个环境.

举个简单的例子.

<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> flag <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">false</span><span style="COLOR: #666666">;</span> <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//调试开关</span> 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// env 既是所谓的环境</span> 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 而inner就是所谓的表达式, name即是所谓的自由变量</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span> env() <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//整个env可以看作是一个closure</span> 
{ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> name <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="COLOR: #ba2121">"zhutao"</span><span style="COLOR: #666666">;</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span> inner() 
{ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">return</span> name <span style="COLOR: #666666">+</span> <span style="COLOR: #ba2121">" is a student."</span><span style="COLOR: #666666">;</span> 
} 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">return</span> inner<span style="COLOR: #666666">;</span> <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//返回的是一个内部函数</span> 
}<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//closure结束</span> 
flag <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">true</span><span style="COLOR: #666666">;</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">if</span> (flag) 
{ 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 此处是最神奇的地方, 代码执行在此处, inner函数其实已经出了env的body,</span> 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 而仍然能够被引用, 这就是所谓形成了一个 closure</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> inner_func_ref <span style="COLOR: #666666">=</span> env(); <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 这时候inner_func_ref引用的就是inner()函数对象</span> 
alert(inner_func_ref()); <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// zhutao is a student.</span> 
} 

而在上面的例子中, 函数env就是所谓的定义中的 环境, 函数inner就是定义中所谓的 表达式, 而name即是所谓的 自由变量, 绑定 在env这个 环境 中. env的结束也即closure的结束.

而在javascript中,如果内部函数出了自己的所在的外部函数的body仍然能够引用,则会形成所谓的closure.

在具体了解closure之前,我们需要了解一些其它的知识.

执行空间(执行上下文, Execution Context)

在 javascript 中,每行可执行的代码都具有一定的 执行空间, 如全局的执行空间, 函数的执行空间, 递归后的函数执行空间等. 而一个完整的 javascript 执行过程,可以看作是有一个执行空间栈 ,不断地 进行 执行空间 的变化(出栈,进栈).

这个是很重要的概念,这个概念的理解与本系列的将要完成的另一篇文章 this关键字 的理解也是密切相关的.

详细解释请参考即将完成的 this关键字 的博文.

执行空间可以理解为具有属性的对象集, 但是通常这些属性都不是可随意访问的, 而这些对象集为代码的执行 提供了一定的上下文(空间).

当执行到一个函数时, 会建立此函数的执行空间(所谓进栈), 执行结束了, 从此执行空间退出返回到原来的执行空间(所谓 的出栈),而js解释器在运行过程中一起维护着这样一个 执行空间栈 来为不同的代码提供不同的执行空间.

那么执行空间与closure有什么关系?

简单地说,一定的执行空间对应着一定的closure, 只有位于同一个closure的方法才能访问同一closure的变量.

举个简单的例子:

<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 关于context的例子</span> 
flag <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">true</span><span style="COLOR: #666666">;</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> tmpobj <span style="COLOR: #666666">=</span> { 
name <span style="COLOR: #666666">:</span> <span style="COLOR: #ba2121">"zhutao"</span><span style="COLOR: #666666">,</span> 
func <span style="COLOR: #666666">:</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span>(){ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">return</span> <span style="COLOR: #ba2121">"call by func "</span> <span style="COLOR: #666666">+</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">this</span>.name<span style="COLOR: #666666">;</span> 
} 
}; 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">if</span> (flag) 
{ 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 代码执行在此处时context还是global</span> 
alert(tmpobj.name); 
alert(tmpobj.func()); <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//进入func的context</span> 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 回到global的context</span> 
} 

closure的一些用法

当内部函数和自由变量位于同一closure时,可以随意访问,而声明顺序并不重要.

几个常用的例子:

<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//一些应用</span> 
flag <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">true</span><span style="COLOR: #666666">;</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span> OuterFun() 
{ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> num <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="COLOR: #666666">100;</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> printNum <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span>(){alert(num);} <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//此处引用的num是引用,而不是值,所以后面改变num,此处的num同样生效</span> 
num <span style="COLOR: #666666">++;</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">return</span> printNum<span style="COLOR: #666666">;</span> 
} 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> myfunc <span style="COLOR: #666666">=</span> OuterFun(); 
myfunc(); <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//输出的是101,而不是100</span> 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//另一个例子,下面的例子,可以看到匿名函数(内部函数)先于外部函数变量的声明,但是仍然能够访问外部函数的变量</span> 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 也就是说内部函数与外部函数的变量位于同一个closure, 所以可以访问</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span> SameClosure() 
{ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> iCanAccess <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span>(){alert(name);}; 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> name <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="COLOR: #ba2121">"zhutao"</span><span style="COLOR: #666666">;</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">return</span> iCanAccess<span style="COLOR: #666666">;</span> 
} 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> testSameClosure <span style="COLOR: #666666">=</span> SameClosure(); 
testSameClosure();<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// zhutao</span> 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 另一个应用,关于module pattern, 这样可以实际所谓的 private, public等方法和变量</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> module <span style="COLOR: #666666">=</span> (<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span> Module(){ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> privateVar <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="COLOR: #ba2121">"zhutao is private"</span><span style="COLOR: #666666">;</span> <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// private</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">return</span> { 
publicGetPrivateVar <span style="COLOR: #666666">:</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span>(){ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">return</span> privateVar<span style="COLOR: #666666">;</span> 
}<span style="COLOR: #666666">,</span> <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// public method, 可以取所谓的private变量</span> 
publicVar <span style="COLOR: #666666">:</span> <span style="COLOR: #ba2121">"I'm a public variable"</span> <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// public variable</span> 
}; 
})(); 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">if</span> (flag) 
{ 
alert(module.publicGetPrivateVar()); <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// zhutao is private</span> 
alert(module.publicVar); <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// I'm a public variable</span> 
alert(module.privateVar); <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// undefined</span> 
} 

关于closure的效率

因为在closure的实际应用可能会多次去生成一个内部函数(匿名),所以存在可能的效率问题.(对象的建立,内存管理释放等).

所以,应该尽量减少内部函数的生成, 而使用函数的引用.

例如:

<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 关于效率的例子</span> 
flag <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">false</span><span style="COLOR: #666666">;</span> 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 这样,每次调用Outer时会产生匿名函数的开销</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span> Outer(obj) 
{ 
obj.fun <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span>(){ 
alert(<span style="COLOR: #ba2121">"I am "</span> <span style="COLOR: #666666">+</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">this</span>.name); 
}; 
} 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">if</span> (flag) 
{ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> obj <span style="COLOR: #666666">=</span> { name <span style="COLOR: #666666">:</span> <span style="COLOR: #ba2121">"zhutao"</span>}; 
Outer(obj); 
obj.fun(); 
} 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 更好的处理方式</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span> Outer_better(obj) 
{ 
obj.fun <span style="COLOR: #666666">=</span> showme<span style="COLOR: #666666">;</span> <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 这样调用的只是函数的引用</span> 
} 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span> showme() 
{ 
alert(<span style="COLOR: #ba2121">"I am "</span> <span style="COLOR: #666666">+</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">this</span>.name); 
} 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">if</span> (flag) 
{ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> obj2 <span style="COLOR: #666666">=</span> { name <span style="COLOR: #666666">:</span> <span style="COLOR: #ba2121">"zhutao"</span>}; 
Outer_better(obj2); 
obj2.fun(); 
} 

应用建议

Don't use closures unless you 
really need closure semantics. 
In most cases, nonnested 
functions are the right way to go. 
Eric Lippert, Microsoft 

上面的论述是基于效率的考虑, 而 IE 4-6 在使用closure时可能会存在内存泄露的问题,参考 JavaScript Closures 中的相关部分.

而在某些场合,你可能必须要使用closure, 如 循环问题.

代码:

flag <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">true</span><span style="COLOR: #666666">;</span> 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 向body中生成一些链接,然后绑定事件</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span> addLink(num) 
{ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">for</span>(<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> i<span style="COLOR: #666666">=0;</span> i<span style="COLOR: #666666">num<span style="COLOR: #666666">;</span> i<span style="COLOR: #666666">++</span>) 
{ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> link <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="COLOR: #008000">document</span>.createElement(<span style="COLOR: #ba2121">'a'</span>); 
link.innerHTML <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="COLOR: #ba2121">"Link "</span> <span style="COLOR: #666666">+</span> i<span style="COLOR: #666666">;</span> 
link.onclick <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span>(){ 
alert(i); 
}; 
<span style="COLOR: #008000">document</span>.body.appendChild(link); 
} 
} <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//可惜的是,当你点击每个链接时,输出的都是 Link 4</span> 
<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">// 使用closure 可以解决这个问题</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span> addLink2(num) 
{ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">for</span>(<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> i<span style="COLOR: #666666">=0;</span> i<span style="COLOR: #666666">num<span style="COLOR: #666666">;</span> i<span style="COLOR: #666666">++</span>) 
{ 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">var</span> link <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="COLOR: #008000">document</span>.createElement(<span style="COLOR: #ba2121">'a'</span>); 
link.innerHTML <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="COLOR: #ba2121">"Link"</span> <span style="COLOR: #666666">+</span> i<span style="COLOR: #666666">;</span> 
link.onclick <span style="COLOR: #666666">=</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span>(j){ <span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//使用closure</span> 
<span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">return</span> <span style="FONT-WEIGHT: bold; COLOR: #008000">function</span>(){ 
alert(j); 
};<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//返回一个函数</span> 
}(i);<span style="COLOR: #408080; FONT-STYLE: italic">//调用这个函数</span> 
<span style="COLOR: #008000">document</span>.body.appendChild(link); 
} 
} 
<span style="COLOR: #008000">window</span>.onload <span style="COLOR: #666666">=</span> addLink(<span style="COLOR: #666666">4</span>); 
<span style="COLOR: #008000">window</span>.onload <span style="COLOR: #666666">=</span> addLink2(<span style="COLOR: #666666">4</span>); 
</span></span>

为什么会出现上面的这个问题?(事实在之前的的一个项目中,也遇到了相同的问题,但是当时还不懂closure, 也是一头雾水)

这是因为,对于addLink, 在退出addLink函数之前, i已经变成了4,所以无论后面的事件触发,输出的都是4.

但是后者,使用了closure.使得j引用了当前的循环中的i,所以对于每个后续触发事件,都会按照预期地得到相应的结果.

具体的讨论可见: SO

这即是一个典型的closure应用场景, 而如果不使用, 就无法解决这个问题.

结论

下面这段摘抄自 Summary of JavaScript closures :

1. 当你在一个函数中使用另一个函数时, 会产生一个closure
2. 当你使用eval()时, 会产生一个closure.
3. 最好认为closure总是在函数入口处产生,并且本地变量自动添加到closure中

其它的细节可参考上面的链接.

总之, 关于closure,你必须记住以下几点:

1. closure就是提供了一种变量共享的机制(内部函数可以访问外部函数的变量)
2. 注意closure可能引用的效率问题(如何避免,参见文中详述)
3. 具体的应用场景要熟悉

上篇博文讲的是 prototype, 下篇博文预计会讲 this关键字, 欢迎大家讨论和留言.

参考资料

1. JavaScript Closures
2. Explaining JavaScript Scope And Closures
3. JavaScript Closures 101
4. JavaScript and memory leaks
5. Closures in JavaScript

本文的rst源码

本文的源码链接在 这里 .

本文中涉及的javascript代码可以在 这儿 下载.

你也可以选择 下载pdf 来阅读.