深入浅出javascript (1)—— 变量提升

提到前端面试,对于 javascript 语言层面的考察,这几个概念是避不开的:执行上下文,变量提升,闭包,This,作用域,作用域链,Event Loop等。

与其说面试很机械,倒不如说这就是 javascript 语音最最核心的概念,弄不清楚这些概念,那你一定不是一名合格的前端开发er。

所以,接下来我会分几篇文章来讲这几个核心概念,并将他们串起来,让大家可以更好的全方位理解。

下面进入正题,今天第一批文章我们来说 —— 变量提升。

先看代码:

showName() 
console.log(myname) 
var myname = 'wens' 
function showName() { 
    console.log('函数showName被执行'); 
}

使用过 JavaScript 开发的程序员应该都知道,JavaScript 是按顺序执行的。若按照这个逻辑来理解的话,那么:

当执行到第 1 行的时候,由于函数 showName 还没有定义,所以执行应该会报错;
执行第 2 行的时候,由于变量 myname 也未定义,所以同样也会报错。然而实际执行结果却并非如此, 如下图:

第 1 行输出“函数 showName 被执行”,第 2 行输出“undefined”,这和想象中的顺序执行有点不一样啊!

通过上面的执行结果,我们已经知道了函数或者变量可以在定义之前使用,那如果使用没有定义的变量或者函数,JavaScript 代码还能继续执行吗?为了验证这点,我们可以删除第 3 行变量 myname 的定义,如下所示:

showName() 
console.log(myname) 
function showName() { 
    console.log('函数showName被执行'); 
}

这时候 JavaScript 引擎就会报错,结果如下:

从上面两段代码的执行结果来看,我们可以得出如下三个结论。

在执行过程中,若使用了未声明的变量,那么 JavaScript 执行会报错。
在一个变量定义之前使用它,不会出错,但是该变量的值会为 undefined,而不是定义时的值。
在一个函数定义之前使用它,不会出错,且函数能正确执行。
第一个结论很好理解,因为变量没有定义,这样在执行 JavaScript 代码时,就找不到该变量,所以 JavaScript 会抛出错误。

但是对于后两个结论,就挺让人费解的:

变量和函数为什么能在其定义之前使用?这似乎表明 JavaScript 代码并不是一行一行执行的。
同样的方式,变量和函数的处理结果为什么不一样?比如上面的执行结果,提前使用的 showName 函数能打印出来完整结果,但是提前使用的 myname 变量值却是 undefined,而不是定义时使用的“wens”这个值。
变量提升(Hoisting)
要解释这两个问题,我们需要先了解下什么是变量提升。

不过在介绍变量提升之前,我们先通过下面这段代码,来看看什么是 JavaScript 中的声明和赋值。

var myname = 'wens'

这行代码需要这样理解:

var myname //声明部分 
myname = 'wens' //赋值部分

上面是变量的声明和赋值,那接下来我们再来结合代码看看函数的声明和赋值:

function foo(){ 
    console.log('foo') 
} 
var bar = function(){ 
    console.log('bar') 
}

第一个函数 foo 是一个完整的函数声明,也就是说没有涉及到赋值操作;

第二个函数和上面那一行变量的赋值一样,是先声明变量 bar,再把function(){console.log(‘bar’)}赋值给 bar。

好了,理解了声明和赋值操作,那接下来我们就可以聊聊什么是变量提升了。

所谓的变量提升,是指在 JavaScript 代码执行过程中,JavaScript 引擎把变量的声明部分和函数的声明部分提升到代码开头的行为。变量被提升后,会给变量设置默认值,这个默认值就是我们熟悉的 undefined。

针对第一个代码片段,我们来模拟一下变量提升:

// 把变量 myname提升到开头, 
// 同时给myname赋值为undefined 
var myname = undefined 

// 把函数showName提升到开头 
function showName() { 
    console.log('showName被调用'); 
} 

showName() // 所以这里可以正常执行
console.log(myname) // 所以这里可以正常打印myname的值

// 去掉var声明部分,保留赋值语句 
myname = 'wens'

从代码中可以看出,对原来的代码主要做了两处调整:

第一处是把声明的部分都提升到了代码开头,如变量 myname 和函数 showName,并给变量设置默认值 undefined;
第二处是移除原本声明的变量和函数,如var myname = 'wens’的语句,移除了 var 声明,整个移除 showName 的函数声明。
通过这两步,就可以实现变量提升的效果。你也可以执行这段模拟变量提升的代码,其输出结果和第一段代码是完全一样的。

JavaScript 代码的执行流程
从字面意义上来看,“变量提升”意味着变量和函数的声明会移动到代码的最前面,就像我们所模拟的那样。其实这并不准确。实际上变量和函数声明在代码里的位置是不会改变的。因为一段 JavaScript 的可执行代码(executable code) 在真正被执行之前还要先经历引擎的编译

编译阶段
上面说到 JavaScript 的可执行代码(executable code),那么哪些是可执行代码呢?

其实很简单,就三种,全局代码、函数代码、eval代码。

那么编译阶段和变量提升存在什么关系呢?

为了搞清楚这个问题,我们还是回过头来看上面那段模拟变量提升的代码,为了方便介绍,可以把这段代码分成两部分。

在这里插入图片描述

从上图可以看出,输入一段代码,经过编译后,会生成两部分内容:执行上下文(Execution context)和可执行代码。

执行上下文是 JavaScript 执行一段代码时的运行环境,比如调用一个函数,就会进入这个函数的执行上下文,在这里确定该函数在执行期间用到的诸如 this、变量、对象以及函数等。

关于执行上下文的细节,我会在下一篇文章做详细介绍,现在我们只需要知道,在执行上下文中存在一个变量环境的对象(Viriable Environment),该对象中保存了变量提升的内容,比如上面代码中的变量 myname 和函数 showName,都保存在该对象中。

我们可以简单地把变量环境对象看成是如下结构:

VariableEnvironment: 
    myname -> undefined, 
    showName -> function {console.log(myname)}\

接下来,我们再结合代码来分析下是如何生成变量环境对象的:

showName() 
console.log(myname) 
var myname = 'wens' 
function showName() { 
    console.log('函数showName被执行'); 
}

我们逐行分析上述代码:

第 1 行和第 2 行,由于这两行代码不是声明操作,所以 JavaScript 引擎不会做任何处理;
第 3 行,由于这行是经过 var 声明的,因此 JavaScript 引擎将在环境对象中创建一个名为 myname 的属性,并使用 undefined 对其初始化;
第 4 行,JavaScript 引擎发现了一个通过 function 定义的函数,所以它将函数定义存储到堆 (HEAP)中,并在环境对象中创建一个 showName 的属性,然后将该属性值指向堆中函数的位置。
这样就生成了变量环境对象。接下来 JavaScript 引擎会把声明以外的代码编译为字节码,至于字节码的细节,我也会在后面文章中做详细介绍。现在有了执行上下文和可执行代码了,那么接下来就到了执行阶段了。

执行阶段
JavaScript 引擎开始执行“可执行代码”,按照顺序逐行执行。下面我们就分析下这个执行过程:

当执行到 showName 函数时,JavaScript 引擎便开始在变量环境对象中查找该函数,由于变量环境对象中存在该函数的引用,所以 JavaScript 引擎便开始执行该函数,并输出“函数 showName 被执行”结果。
接下来打印“myname”信息,JavaScript 引擎继续在变量环境对象中查找该对象,由于变量环境存在 myname 变量,并且其值为 undefined,所以这时候就输出 undefined。
接下来执行第 3 行,把“wens”赋给 myname 变量,赋值后变量环境中的 myname 属性值变为“wens”,变量环境如下所示:

VariableEnvironment: 
    myname -> wens, 
    showName -> function {console.log(myname)}

好了,以上就是一段代码的编译和执行流程。实际上,编译阶段和执行阶段都是非常复杂的,包括了词法分析、语法解析、代码优化、代码生成等,所有的这些内容我都会在接下来的文章中介绍,在本篇文章中我们暂时只介绍变量提升相关内容。

代码中出现相同的变量或者函数怎么办?
现在我们知道了,在执行一段 JavaScript 代码之前,会编译代码,并将代码中的函数和变量保存到执行上下文的变量环境中,那么如果代码中出现了重名的函数或者变量,JavaScript 引擎会如何处理?

相同变量
我们看下面的代码:

console.log(myName);
var myName = 'wens';
console.log(myName);
var myName = 'leon';
console.log(myName);

我们来分析下其完整执行流程:

首先是编译阶段。遇到了第一个 myName 变量,在环境对象中创建 myName 并赋予undefined 初始值。接下来是第二个 myName 变量,此时变量环境对象中已经存在 myName ,所以跳过这个过程。
接下来是执行阶段。第一个log输出 undefined ,因为这时候没有给 myName 再次赋值。第二行myName变量被赋值 wens, 所以第二个log输出 wens。同理,第三个log输出leon。
综上所述,一段代码如果定义了两个相同名字的值,那么最终的值取决于被赋予的最新的值,如果没有就是初始值undefined。

相同函数
我们先看下面这样一段代码:

function showName() { 
    console.log('wens'); 
} 
showName(); 
function showName() { 
    console.log('leon'); 
} 
showName();

在上面代码中,我们先定义了一个 showName 的函数,该函数打印出来“wens”;然后调用 showName,又定义了一个 showName 函数,这个 showName 函数打印出来的是“leon”;一段代码中出现了同名的函数,并分别调用。

我们来分析下其完整执行流程:

首先是编译阶段。遇到了第一个 showName 函数,将函数定义存储到堆中,并在环境对象中创建一个 showName 的属性指向堆中定义的函数。接下来是第二个 showName 函数,发现变量环境中已经存在一个 showName 函数了,此时,堆中定义的 showName 函数会被这个 showName 函数覆盖掉。这样变量环境中的 showName 函数就指向了第二个 showName 函数了。
接下来是执行阶段。先执行第一个 showName 函数,但由于是从变量环境中查找 showName 函数,而变量环境中只保存了第二个 showName 函数,所以最终调用的是第二个函数,打印的内容是“leon”。第二次执行 showName 函数也是走同样的流程,所以输出的结果也是“leon”。
综上所述,一段代码如果定义了两个相同名字的函数,那么最终生效的是最后一个函数。

总结
好了,今天就到这里,下面我来简单总结下今天的主要内容:

JavaScript 代码执行过程中,需要先做变量提升,而之所以需要实现变量提升,是因为 JavaScript 代码在执行之前需要先编译。
在编译阶段,变量和函数会被存放到变量环境中,变量的默认值会被设置为 undefined;在代码执行阶段,JavaScript 引擎会从变量环境中去查找自定义的变量和函数。
如果在编译阶段,存在两个相同的变量,那么值取决于被赋予的最新的值,如果没有就是初始值undefined。
如果在编译阶段,存在两个相同的函数,那么最终存放在变量环境中的是最后定义的那个,这是因为后定义的会覆盖掉之前定义的。


最后送大家一波福利

这些面试经验,希望会给大家带来帮助,好好做准备,放平心态,平时有用功的话,其实面试并不难!


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