Javascript高级程序设计——变量、作用域和内存问题

4.1 基本类型和引用类型的值
ECMAScript 变量可能包含两种不同数据类型的值：基本类型值和引用类型值。基本类型值指的是简单的数据段，而引用类型值指那些可能由多个值构成的对象。

在将一个值赋给变量时，解析器必须确定这个值是基本类型值还是引用类型值。第 3 章讨论了 5 种基本数据类型：Undefined、Null、Boolean、Number 和 String。这 5 种基本数据类型是按值访问的，因为可以操作保存在变量中的实际的值。

引用类型的值是保存在内存中的对象。与其他语言不同，JavaScript 不允许直接访问内存中的位置，也就是说不能直接操作对象的内存空间。在操作对象时，实际上是在操作对象的引用而不是实际的对象。为此，引用类型的值是按引用访问的。

4.1.1 动态的属性
定义基本类型值和引用类型值的方式是类似的：创建一个变量并为该变量赋值。但是，当这个值保存到变量中以后，对不同类型值可以执行的操作则大相径庭。对于引用类型的值，我们可以为其添加属性和方法，也可以改变和删除其属性和方法。请看下面的例子：

var person = new Object(); 
person.name = "Nicholas"; 
alert(person.name); //"Nicholas" 

以上代码创建了一个对象并将其保存在了变量 person 中。然后，我们为该对象添加了一个名为name 的属性，并将字符串值”Nicholas”赋给了这个属性。紧接着，又通过 alert()函数访问了这个新属性。如果对象不被销毁或者这个属性不被删除，则这个属性将一直存在。

4.1.2 复制变量值
除了保存的方式不同之外，在从一个变量向另一个变量复制基本类型值和引用类型值时，也存在不同。如果从一个变量向另一个变量复制基本类型的值，会在变量对象上创建一个新值，然后把该值复制到为新变量分配的位置上。来看一个例子：

var num1 = 5; 
var num2 = num1; 

在此，num1 中保存的值是 5。当使用 num1 的值来初始化 num2 时，num2 中也保存了值 5。但 num2中的 5 与 num1 中的 5 是完全独立的，该值只是 num1 中 5 的一个副本。此后，这两个变量可以参与任何操作而不会相互影响。

当从一个变量向另一个变量复制引用类型的值时，同样也会将存储在变量对象中的值复制一份放到为新变量分配的空间中。不同的是，这个值的副本实际上是一个指针，而这个指针指向存储在堆中的一个对象。复制操作结束后，两个变量实际上将引用同一个对象。因此，改变其中一个变量，就会影响另一个变量，如下面的例子所示：

var obj1 = new Object(); 
var obj2 = obj1; 
obj1.name = "Nicholas"; 
alert(obj2.name); //"Nicholas" 

4.1.3 传递参数
ECMAScript 中所有函数的参数都是按值传递的。也就是说，把函数外部的值复制给函数内部的参数，就和把值从一个变量复制到另一个变量一样。基本类型值的传递如同基本类型变量的复制一样，而引用类型值的传递，则如同引用类型变量的复制一样。有不少开发人员在这一点上可能会感到困惑，因为访问变量有按值和按引用两种方式而参数只能按值传递。

在向参数传递基本类型的值时，被传递的值会被复制给一个局部变量（即命名参数，或者用
ECMAScript 的概念来说，就是 arguments 对象中的一个元素）。在向参数传递引用类型的值时，会把这个值在内存中的地址复制给一个局部变量，因此这个局部变量的变化会反映在函数的外部。请看下面这个例子：

function addTen(num) { 
  num += 10; 
  return num; 
} 
var count = 20; 
var result = addTen(count); 
alert(count); //20，没有变化
alert(result); //30 

这里的函数 addTen()有一个参数 num，而参数实际上是函数的局部变量。在调用这个函数时，变量count作为参数被传递给函数，这个变量的值是20。于是，数值20被复制给参数num以便在addTen()中使用。在函数内部，参数 num 的值被加上了 10，但这一变化不会影响函数外部的 count 变量。参数num 与变量 count 互不相识，它们仅仅是具有相同的值。假如 num 是按引用传递的话，那么变量 count的值也将变成 30，从而反映函数内部的修改。当然，使用数值等基本类型值来说明按值传递参数比较简单，但如果使用对象，那问题就不怎么好理解了。再举一个例子：

function setName(obj) { 
  obj.name = "Nicholas"; 
} 
var person = new Object(); 
setName(person); 
alert(person.name); //"Nicholas" 

以上代码中创建一个对象，并将其保存在了变量 person 中。然后，这个变量被传递到 setName()函数中之后就被复制给了 obj。在这个函数内部，obj 和 person 引用的是同一个对象。换句话说，即使这个变量是按值传递的，obj 也会按引用来访问同一个对象。于是，当在函数内部为 obj 添加 name属性后，函数外部的 person 也将有所反映；因为 person 指向的对象在堆内存中只有一个，而且是全局对象。有很多开发人员错误地认为：在局部作用域中修改的对象会在全局作用域中反映出来，就说明参数是按引用传递的。为了证明对象是按值传递的，我们再看一看下面这个经过修改的例子：

function setName(obj) { 
  obj.name = "Nicholas"; 
  obj = new Object(); 
  obj.name = "Greg"; 
} 
var person = new Object(); 
setName(person); 
alert(person.name); //"Nicholas" 

111这个例子与前一个例子的唯一区别，就是在 setName()函数中添加了两行代码：一行代码为 obj重新定义了一个对象，另一行代码为该对象定义了一个带有不同值的 name 属性。在把 person 传递给setName()后，其 name 属性被设置为”Nicholas”。然后，又将一个新对象赋给变量 obj，同时将其 name属性设置为”Greg”。如果 person 是按引用传递的，那么 person 就会自动被修改为指向其 name 属性值为”Greg”的新对象。但是，当接下来再访问 person.name 时，显示的值仍然是”Nicholas”。这说明即使在函数内部修改了参数的值，但原始的引用仍然保持未变。实际上，当在函数内部重写 obj 时，这个变量引用的就是一个局部对象了。而这个局部对象会在函数执行完毕后立即被销毁。

4.1.4 检测类型

要检测一个变量是不是基本数据类型？第 3 章介绍的 typeof 操作符是最佳的工具。说得更具体一点，typeof 操作符是确定一个变量是字符串、数值、布尔值，还是 undefined 的最佳工具。如果变量的值是一个对象或 null，则 typeof 操作符会像下面例子中所示的那样返回”object”：

var s = "Nicholas"; 
var b = true; 
var i = 22; 
var u; 
var n = null; 
var o = new Object(); 
alert(typeof s); //string 
alert(typeof i); //number 
alert(typeof b); //boolean 
alert(typeof u); //undefined alert(typeof n); //object 
alert(typeof o); //object 

虽然在检测基本数据类型时 typeof 是非常得力的助手，但在检测引用类型的值时，这个操作符的用处不大。通常，我们并不是想知道某个值是对象，而是想知道它是什么类型的对象。为此，ECMAScript提供了 instanceof 操作符，其语法如下所示：

result = variable instanceof constructor
alert(person instanceof Object); // 变量 person 是 Object 吗？
alert(colors instanceof Array); // 变量 colors 是 Array 吗？
alert(pattern instanceof RegExp); // 变量 pattern 是 RegExp 吗？

4.2 执行环境及作用域

执行环境（execution context，为简单起见，有时也称为“环境”）是 JavaScript 中最为重要的一个概念。执行环境定义了变量或函数有权访问的其他数据，决定了它们各自的行为。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。虽然我们编写的代码无法访问这个对象，但解析器在处理数据时会在后台使用它。

全局执行环境是最外围的一个执行环境。根据 ECMAScript 实现所在的宿主环境不同，表示执行环境的对象也不一样。在 Web 浏览器中，全局执行环境被认为是 window 对象（第 7 章将详细讨论），因此所有全局变量和函数都是作为 window 对象的属性和方法创建的。某个执行环境中的所有码执行完毕后，该环境被销毁，保存在其中的所有变量和函数定义也随之销毁（全局执行环境直到应用程序退出——例如关闭网页或浏览器——时才会被销毁）

每个函数都有自己的执行环境。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。而在函数执行之后，栈将其环境弹出，把控制权返回给之前的执行环境。ECMAScript 程序中的执行流正是由这个方便的机制控制着。

4.2.1 延长作用域链

4.3 垃圾收集

JavaScript 具有自动垃圾收集机制，也就是说，执行环境会负责管理代码执行过程中使用的内存。而在 C 和 C++之类的语言中，开发人员的一项基本任务就是手工跟踪内存的使用情况，这是造成许多问题的一个根源。在编写 JavaScript 程序时，开发人员不用再关心内存使用问题，所需内存的分配以及无用内存的回收完全实现了自动管理。这种垃圾收集机制的原理其实很简单：找出那些不再继续使用的变量，然后释放其占用的内存。为此，垃圾收集器会按照固定的时间间隔（或代码执行中预定的收集时间）周期性地执行这一操作。

下面我们来分析一下函数中局部变量的正常生命周期。局部变量只在函数执行的过程中存在。而在这个过程中，会为局部变量在栈（或堆）内存上分配相应的空间，以便存储它们的值。然后在函数中使用这些变量，直至函数执行结束。此时，局部变量就没有存在的必要了，因此可以释放它们的内存以供将来使用。在这种情况下，很容易判断变量是否还有存在的必要；但并非所有情况下都这么容易就能得出结论。垃圾收集器必须跟踪哪个变量有用哪个变量没用，对于不再有用的变量打上标记，以备将来收回其占用的内存。用于标识无用变量的策略可能会因实现而异，但具体到浏览器中的实现，则通常有两个策略。

4.3.1 标记清除

JavaScript 中最常用的垃圾收集方式是标记清除（mark-and-sweep）。当变量进入环境（例如，在函数中声明一个变量）时，就将这个变量标记为“进入环境”。从逻辑上讲，永远不能释放进入环境的变量所占用的内存，因为只要执行流进入相应的环境，就可能会用到它们。而当变量离开环境时，则将其标记为“离开环境”

4.3.2 引用计数
另一种不太常见的垃圾收集策略叫做引用计数（reference counting）。引用计数的含义是跟踪记录每个值被引用的次数。当声明了一个变量并将一个引用类型值赋给该变量时，则这个值的引用次数就是 1。如果同一个值又被赋给另一个变量，则该值的引用次数加 1。相反，如果包含对这个值引用的变量又取得了另外一个值，则这个值的引用次数减 1。当这个值的引用次数变成 0 时，则说明没有办法再访问这个值了，因而就可以将其占用的内存空间回收回来。这样，当垃圾收集器下次再运行时，它就会释放那些引用次数为零的值所占用的内存。

4.3.3 性能问题
垃圾收集器是周期性运行的，而且如果为变量分配的内存数量很可观，那么回收工作量也是相当大的。在这种情况下，确定垃圾收集的时间间隔是一个非常重要的问题。说到垃圾收集器多长时间运行一次，不禁让人联想到 IE 因此而声名狼藉的性能问题。IE 的垃圾收集器是根据内存分配量运行的，具体一点说就是 256 个变量、4096 个对象（或数组）字面量和数组元素（slot）或者 64KB 的字符串。达到上述任何一个临界值，垃圾收集器就会运行。这种实现方式的问题在于，如果一个脚本中包含那么多变量，那么该脚本很可能会在其生命周期中一直保有那么多的变量。而这样一来，垃圾收集器就不得不频繁地运行。结果，由此引发的严重性能问题促使 IE7 重写了其垃圾收集例程。

4.4 小结
JavaScript 变量可以用来保存两种类型的值：基本类型值和引用类型值。基本类型的值源自以下 5种基本数据类型：Undefined、Null、Boolean、Number 和 String。基本类型值和引用类型值具有以下特点：
 基本类型值在内存中占据固定大小的空间，因此被保存在栈内存中；
 从一个变量向另一个变量复制基本类型的值，会创建这个值的一个副本；
 引用类型的值是对象，保存在堆内存中；
 包含引用类型值的变量实际上包含的并不是对象本身，而是一个指向该对象的指针；
 从一个变量向另一个变量复制引用类型的值，复制的其实是指针，因此两个变量最终都指向同一个对象；
 确定一个值是哪种基本类型可以使用 typeof 操作符，而确定一个值是哪种引用类型可以使用

instanceof 操作符。所有变量（包括基本类型和引用类型）都存在于一个执行环境（也称为作用域）当中，这个执行环境决定了变量的生命周期，以及哪一部分代码可以访问其中的变量。以下是关于执行环境的几点总结：
 执行环境有全局执行环境（也称为全局环境）和函数执行环境之分；
 每次进入一个新执行环境，都会创建一个用于搜索变量和函数的作用域链
 函数的局部环境不仅有权访问函数作用域中的变量，而且有权访问其包含（父）环境，乃至
局环境；
 全局环境只能访问在全局环境中定义的变量和函数，而不能直接访问局部环境中的任何数据；
 变量的执行环境有助于确定应该何时释放内存。
JavaScript 是一门具有自动垃圾收集机制的编程语言，开发人员不必关心内存分配和回收问题。可
以对 JavaScript 的垃圾收集例程作如下总结。
 离开作用域的值将被自动标记为可以回收，因此将在垃圾收集期间被删除
 “标记清除”是目前主流的垃圾收集算法，这种算法的思想是给当前不使用的值加上标记，
后再回收其内存。
 另一种垃圾收集算法是“引用计数”，这种算法的思想是跟踪记录所有值被引用的次数。JavaScript
引擎目前都不再使用这种算法；但在 IE 中访问非原生 JavaScript 对象（如 DOM 元素）时，这种
算法仍然可能会导致问题。
 当代码中存在循环引用现象时，“引用计数”算法就会导致问题
 解除变量的引用不仅有助于消除循环引用现象，而且对垃圾收集也有好处。为了确保有效地回
收内存，应该及时解除不再使用的全局对象、全局对象属性以及循环引用变量的引用