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如何理解js的执行上下文与执行栈

执行上下文和执行栈是js执行机制中的两个概念,要想深入的对js进行理解与应用,理解js的机制很重要,下面来说一下什么是执行上下文,什么又是执行栈。

执行上下文

简而言之,执行上下文就是当前 JavaScript 代码被解析和执行时所在环境的抽象概念, JavaScript 中运行任何的代码都是在执行上下文中运行。

从他的类型上来分,我们可以将其分为三类:全局执行上下文、函数执行上下文、Eval 函数执行上下文。

全局执行上下文是是默认的、最基础的执行上下文。不在任何函数中的代码都位于全局执行上下文中,它只有一个。它做了两件事:1. 创建一个全局对象,在浏览器中这个全局对象就是 window 对象。2. 将 this 指针指向这个全局对象。一个程序中只能存在一个全局执行上下文。

函数执行上下文是指在每次调用函数时,都会为该函数创建一个新的执行上下文,这就是函数执行上下文,他可以有无数个。有多少个函数就有多少个函数执行上下文。每个函数都拥有自己的执行上下文,但是只有在函数被调用的时候才会被创建。一个程序中可以存在任意数量的函数执行上下文。每当一个新的执行上下文被创建,它都会按照特定的顺序执行一系列步骤。

Eval 函数执行上下文:是指运行在 eval 函数中的代码创建的自己的执行上下文。eval并不推荐使用,基本上可以算作是一个作废的东西,在这里简单说一下为什么不用他,首先就是他破坏代码结构不利于阅读,而且很多人会用错他,既然经常用错了,那还不如不用;然后就是麻烦,在其中运行的代码没办法调试。我们都习惯了chrome进行断点调试功能,可以方便快捷的定位错误原因,但是他没办法调试,所以还是不要用了;还有就是性能问题,在旧的浏览器中如果你使用了eval,性能会下降10倍。在现代浏览器中有两种编译模式:fast path和slow path。fast path是编译那些稳定和可预测(stable and predictable)的代码。而明显的,eval不可预测,所以将会使用slow path ,所以会慢。还有一个是,在使用类似于Closure Compiler等压缩(混淆)代码时,使用eval会报错,又慢有报错的东西干嘛还要用呢,对吧。

执行栈

执行栈就很好理解了,因为他是一个栈,在其他编程语言中也被叫做调用栈,所以他也具有 LIFO(后进先出)结构,主要用于存储在代码执行期间创建的所有执行上下文。

当 JavaScript 引擎首次读取你的脚本时,它会创建一个全局执行上下文并将其推入当前的执行栈。每当发生一个函数调用,引擎都会为该函数创建一个新的执行上下文并将其推到当前执行栈的顶端。引擎会运行执行上下文在执行栈顶端的函数,当此函数运行完成后,其对应的执行上下文将会从执行栈中弹出,上下文控制权将移到当前执行栈的下一个执行上下文。

我们来看一下下面这个示例代码:

let a = 'Hello World!';

function first() {
  console.log('Inside first function');
  second();
  console.log('Again inside first function');
}

function second() {
  console.log('Inside second function');
}

first();
console.log('Inside Global Execution Context');

如何理解js的执行上下文与执行栈

当上述代码在浏览器中加载时,JavaScript 引擎会创建一个全局执行上下文并且将它推入当前的执行栈。当调用 first() 函数时,JavaScript 引擎为该函数创建了一个新的执行上下文并将其推到当前执行栈的顶端。

当在 first() 函数中调用 second() 函数时,Javascript 引擎为该函数创建了一个新的执行上下文并将其推到当前执行栈的顶端。当 second() 函数执行完成后,它的执行上下文从当前执行栈中弹出,上下文控制权将移到当前执行栈的下一个执行上下文,即 first() 函数的执行上下文。
当 first() 函数执行完成后,它的执行上下文从当前执行栈中弹出,上下文控制权将移到全局执行上下文。一旦所有代码执行完毕,Javascript 引擎把全局执行上下文从执行栈中移除。

执行上下文的创建

执行上下文会分为两个阶段创建:1.创建阶段 2.执行阶段

创建阶段

在任意的 JavaScript 代码被执行前,执行上下文处于创建阶段。在创建阶段中总共发生了三件事情:

  • 确定 this 的值,也被称为 This Binding
  • LexicalEnvironment(词法环境) 组件被创建。
  • VariableEnvironment(变量环境) 组件被创建。

因此,执行上下文可以在概念上表示如下:

ExecutionContext = {
  ThisBinding = <this value>,
  LexicalEnvironment = { ... },
  VariableEnvironment = { ... },
}

在全局执行上下文中,this 的值指向全局对象,在浏览器中,this 的值指向 window 对象。

在函数执行上下文中,this 的值取决于函数的调用方式。如果它被一个对象引用调用,那么 this 的值被设置为该对象,否则 this 的值被设置为全局对象或 undefined(严格模式下)。例如:

let person = {
  name: 'peter',
  birthYear: 1994,
  calcAge: function() {
    console.log(2018 - this.birthYear);
  }
}

person.calcAge();
// 'this' 指向 'person', 因为 'calcAge' 是被 'person' 对象引用调用的。

let calculateAge = person.calcAge;
calculateAge();
// 'this' 指向全局 window 对象,因为没有给出任何对象引用

然后说一下什么是词法环境(Lexical Environment):在ES6官方文档上是这样解释的

词法环境是一种规范类型,基于 ECMAScript 代码的词法嵌套结构来定义标识符与特定变量和函数的关联关系。词法环境由环境记录(environment record)和可能为空引用(null)的外部词法环境组成。

简而言之,词法环境是一个包含标识符变量映射的结构。(这里的标识符表示变量/函数的名称,变量是对实际对象【包括函数类型对象】或原始值的引用)

词法环境由两个组成部分:

  • 环境记录:存储变量和函数声明的实际位置
  • 对外部环境的引用:可以访问其外部词法环境

词法环境有两种类型:

  • 全局环境(在全局执行上下文中)是一个没有外部环境的词法环境。全局环境的外部环境引用为 null。它拥有一个全局对象(window 对象)及其关联的方法和属性(例如数组方法)以及任何用户自定义的全局变量,this 的值指向这个全局对象。
  • 函数环境,用户在函数中定义的变量被存储在环境记录中。对外部环境的引用可以是全局环境,也可以是包含内部函数的外部函数环境。

注意: 对于函数环境而言,环境记录 还包含了一个 arguments 对象,该对象包含了索引和传递给函数的参数之间的映射以及传递给函数的参数的长度(数量)。例如,下面函数的 arguments 对象如下所示:

function foo(a, b) {
  var c = a + b;
}
foo(2, 3);

// arguments 对象
Arguments: {0: 2, 1: 3, length: 2}

环境记录 同样有两种类型:

  • 声明性环境记录 存储变量、函数和参数。一个函数环境包含声明性环境记录。
  • 对象环境记录 用于定义在全局执行上下文中出现的变量和函数的关联。全局环境包含对象环境记录。

在伪代码中的表示如下:

GlobalExectionContext = {
  LexicalEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Object",
      // 标识符绑定在这里 
    outer: <null>
  }
}

FunctionExectionContext = {
  LexicalEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Declarative",
      // 标识符绑定在这里 
    outer: <Global or outer function environment reference>  
  }
}

变量环境:它也是一个词法环境,其 EnvironmentRecord 包含了由 VariableStatements 在此执行上下文创建的绑定。所以变量环境也是一个词法环境,因此它具有上面定义的词法环境的所有属性。

在 ES6 中,LexicalEnvironment 组件和 VariableEnvironment 组件的区别在于前者用于存储函数声明和变量( let 和 const )绑定,而后者仅用于存储变量( var )绑定。

让我们结合一些代码示例来理解上述概念:

let a = 20;
const b = 30;
var c;

function multiply(e, f) {
 var g = 20;
 return e * f * g;
}

c = multiply(20, 30);

执行上下文应如下所示

GlobalExectionContext = {
  ThisBinding: <Global Object>,
  LexicalEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Object",
      // 标识符绑定在这里
      a: < uninitialized >,
      b: < uninitialized >,
      multiply: < func >
    }
    outer: <null>
  },

  VariableEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Object",
      // 标识符绑定在这里
      c: undefined,
    }
    outer: <null>
  }
}

FunctionExectionContext = {
  ThisBinding: <Global Object>,
  LexicalEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Declarative",
      // 标识符绑定在这里
      Arguments: {0: 20, 1: 30, length: 2},
    },
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>
  },

  VariableEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Declarative",
      // 标识符绑定在这里
      g: undefined
    },
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>
  }
}

注意: 只有在遇到函数 multiply 的调用时才会创建函数执行上下文。

你可能已经注意到了 let 和 const 定义的变量没有任何与之关联的值,但 var 定义的变量设置为 undefined。这是因为在创建阶段,代码会被扫描并解析变量和函数声明,其中函数声明存储在环境中,而变量会被设置为 undefined(在 var 的情况下)或保持未初始化(在 let 和 const 的情况下)。这就是为什么你可以在声明之前访问 var 定义的变量(尽管是 undefined ),但如果在声明之前访问 let 和 const 定义的变量就会提示引用错误的原因。这就是我们所谓的变量提升

执行阶段

这是整篇文章中最简单的部分。在此阶段,完成对所有变量的分配,最后执行代码。

注: 在执行阶段,如果 Javascript 引擎在源代码中声明的实际位置找不到 let 变量的值,那么将为其分配 undefined 值。

文章参考链接:https://juejin.im/post/5bdfd3e151882516c6432c32

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