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DAY 5
2
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React - DOM界的彼方系列 第 5

Day 05: ES6篇 - let與const

Day05

很快地進入到鐵人賽的第5天,也進入到ES6篇的章節之中。本章的目標是針對let與const這兩個用於宣告變數與常數的語句,作重點式的介紹。有很多是整理我個人從討論區的回答文章。

註: 本文章同步放置於Github庫的這裡

關於ES6

因為是ES6篇的第一篇,所以稍微介紹一下ES6標準。

ES6是ECMAScript第6版本的簡稱,又稱為ES2015,因為它是去年(2015年)才正式定案的一個標準。ECMAScript是Javascript程式語言的規格標準,以下是各版本的發行日期,但標準發行並不代表在各個瀏覽器品牌中,即可使用其中的功能規格,還需等待各瀏覽器品牌廠商進行實作。

  • ECMAScript 6 (ES6) 發行於2015年中,為目前最新的官方版本
  • ECMAScript 5 (ES5) 發行於2009年底
  • ECMAScript 4 (ES4) 棄用
  • ECMAScript 3 (ES3) 發行於1999年底

Ecma全名為歐洲計算機製造商協會(European Computer Manufacturers Association),設立了一個TC39委員會,專門為制定ECMAScript標準進行討論與審核哪些功能要列入標準。TC39的介紹可以看這篇TC39 - ECMAScript,而TC39的制定流程可以參考The TC39 Process這篇。目前有很多新的功能標準都正在制定當中。

ES6以ECMAScript compatibility table(相容性表格)網站來看目前的瀏覽器品牌與版本的相容程度,新式的像Chrome、Safari、Edge與Firefox支援性都已達到90%以上,但在IE11(桌面)、Android、iOS9手機內建上,支援性還是非常的差。這也是目前為什麼要先用babel編譯器先轉為ES5標準的程式碼的主要原因。ES5的程式碼可以取得目前市面上最大的相容性,從IE9以上,一直到Android 4.1與iOS6都可以支援得很好。

ES6加入了非常多的新特性,可以說整個提升JavaScript程式語言的內建特性的質與量,有許多新的特性是在現代程式語言中非常重要而不可缺少的。而有一些是新的內建物件或類型,它們是屬於較為進階的內容,在某些使用情況下會特別有用。由於在ES6標準最終發行版本的差不多時間前,HTML5標準也發行了最後的版本,它的制定組織是W3C,有許多JavaScript中的特性是與HTML5的標準息息相關的,尤其是在網頁上與DOM元件或事件相關的許多方法。所以除了ES6中的眾多新特性,目前也有很多是來自於HTML5的新特性,這些特性在目前的新式瀏覽器中都逐漸被實作出來,這也是近幾年JavaScript語言蓬勃發展的結果。

let與const

letconst無疑是要取代原本的使用var語句來定義變數與常數。在ES6之前,並沒有"常數"這個東西,只有"變數"而已,也就是用var所宣告的識別名稱。在這份舊的Google JavaScript樣式風格指引中,會告訴你要用全大寫英文字元來作為常數定義,像是var MAX_HEIGHT = 10這種定義方式,甚至是使用非常特別的註解中的@const標記,有可能Google Chrome瀏覽器會在內部處理時認得它是個常數,但很少見到有人這樣用,畢竟也只有對Chrome有用而已。對JavaScript來說,用var來宣告就是個變數。

實際上在多年的只有var可用,加上其他亂用亂寫的語法下,在JavaScript中共有4種宣告變數的方式,它們分別是:

a = 10
this.a = 10
window.a = 10
var a = 10

註: 關於上面的這麼多種變數宣告的語法,只是提出來說明而已,如果有興趣請參考我在segmentfault討論區中這篇回答或是這篇Stack Overflow上的問答

上面的寫法只有最後一個var a = 10才是真正的變數宣告,其他的都是只在全域物件中加入屬性。從這裡就可以知道,JavaScript的自由度令人覺得可怕,用a = 10就可以直接生出一個變數來用,而且是在全域中產出變數。所以需要各種撰寫風格與輔助工具來協助開發者,這是我一直強調的部份。

雖然在ES5中已經加入了嚴格模式(strict mode)的設計,對this的存取使用會變得沒那麼自由,當然,有些老的舊的程式碼會變得無法執行,這是它們本來需要作調整與改變的,實際上經過bebel編譯工作編出來的ES5程式碼,預設都會加上嚴格模式(strict mode)。

letconst是區塊作用域(block scope),而var是函式作用域(function scope),這是第一個我們會看到的差異性。區塊作用域與函式作用域會差在什麼地方?

var是函式作用域的設計,也就是說它只能以函式為變數作用域的分界,在一些使用了區塊語句(用花括號的語句)的像if, else, for, while等等區塊語句中,在這裡面用var宣告的變數仍然是會曝露到全域之中可被存取,例如:

function test(){
  var a = 10
}

if(true){
  var b = 20
}

console.log(a) // a is not defined 存取不到
console.log(b) // 存取得到

這對初學者容易造成誤解外,如果再搭配到隱藏的提升特性(最下面有說明),整個程式碼經常會有出人意表的結果。在許多撰寫風格指引通常會提醒這點,而且叫你一定要把var語句寫在程式碼檔案的最上面。(甚至連for語句中的var宣告也要寫到最上面)

如果使用了letconst來宣告,就是以區塊語句為分界的作用域,它會比較明確而且不易發生錯誤。一些之前對於var語句的麻煩撰寫風格,就可以不需要了。從下面的例子可以看得到:

function test() {
  let a = 10
}

if (true) {
  const b = 20
}

console.log(a) // a is not defined 存取不到
console.log(b) // b is not defined 存取不到

總之,不要再用var了,用letconst來取代它就是了。像我們有使用的ESLint檢查工具,一定出現會叫你不要使用var的訊息。

const

const針對是常數的定義,常數在一宣告時就必定要指定給值,不然會產生錯誤。而對於常數在ES6的定義是:

不可再指定(can't re-assignment)

指定的意思就是用等號(=)作指定運算,像下面這例子就是再指定值(或重覆指定值),所以會產生錯誤:

const a = 10
a = 20  // TypeError: Assignment to constant variable. 錯誤

註: JS中的指定運算符除了等號(=)外,還有多種等號(=)與其他運算符組合而成的指定運算符,請參考MDN上面的這篇Assignment_Operators

宣告了一個常數,代表這個識別名稱的參照(reference)是唯讀的(read-only),並不代表這個參照指定到的值是不可改變的(immutable)。這是在講什麼?這是在講如果你宣告的常數是一個物件或陣列類型,像這種參照類型的值,裡面的值是可以作改變的。像下面的例子都是合法的使用:

const a = []
a[0] = 1

const b = {}
b.foo = 123

所以對於物件、陣列、函式來說,使用const常數來宣告就可以,除非你有需要再指定這個陣列或物件的參照。

註: 既然可以用const來宣告物件與陣列,用全英文字元全大寫來命名常數,也已經不需要,像一般的正常命名變數就可以了,一般用小駝峰(camelCase)命名法,例如myBookuserName這樣。

let使用於for語句

這一段有兩個重點,第一個只是有可能被誤解所以提出來說明。第二個是會重新綁定這個特性。

for圓括號中的let變數仍然是在區塊作用域

這很容易從例子中理解,寫出來只是怕有些剛學的朋友,不確定在for圓括號中的第一個表達式,用let宣告變數時,是不是也會是被限制到for語句的區塊中作用域。答案是"會的",見下面的例子:

for (let i = 0; i < 10; i++) {
  console.log('in for statement: i', i)
}

console.log(i) // ReferenceError: i is not defined(…) 存取不到

for迴圈中的let變數會作重新綁定

註: 這一段內容是改寫自我在segmentfault討論區的這篇問答

這個特性算是let的特別之處,這是由於區塊作用域造成的結果,在每次的for迴圈執行時,用let宣告的變數都會重新綁定(re-bind)一次。這是在for語句中的varlet的差異:

for (let x...)的循環在每次迭代時都為x建立新的綁定

以下用程式碼直接看會比較容易的理解。這個改進主要是為了要解決在for語句中的閉包結構的問題。

原來的使用var的程式碼,與去糖(de-sugar)後來看它在執行時是這樣的模擬執行代碼:

// 原來程式碼
for (var i = 0; i < 10; i++) { setTimeout(()=>console.log("i:",i), 1000) }

// 不需要加區塊符,因為區塊也不會影響
var i
i = 0;
if (i < 10)
    setTimeout(()=>console.log("i:",i), 1000)
    i++
    if (i < 10)
        setTimeout(()=>console.log("i:",i), 1000)
        i++
//...

而使用了let後,會有區塊作用域的影響,原來的程式碼與執行時的去糖模擬執行代碼如下:

// 原來程式碼
for (let i = 0; i < 10; i++) { setTimeout(()=>console.log("i:",i), 1000) }

// 用區塊符區分每次循環的語句
// 每次for語句開始,i指定為一個全域刻度__status,這只是方便說明而已
// __status會記錄for語句i最後的值
{ let i
  i = 0
  __status = {i}
}
{ let {i} = __status
  if (i < 10)
      setTimeout(()=>console.log("i:",i), 1000)
      __status = {i}
}
    { let {i} = __status
      i++
      if (i < 10)
          setTimeout(()=>console.log("i:",i), 1000)
          __status = {i}
    }
    //...

為何可以這樣模擬?因為在ES6標準中,有一段是關於CreatePerIterationEnvironment,也就是for語句每次循環所要建立環境的步驟,裡面有提及有關詞法環境(LexicalEnvironment)的相關步驟,這與使用let時會有關。所以如果你使用了let而不是varlet的變數除了作用域是在for區塊中,而且會為每次循環執行建立新的詞法環境(LexicalEnvironment),拷貝所有的變量名稱與值到下個循環執行。以最簡單的方式改寫原先的程式碼,相當於下面這樣寫:

let k
for (k = 0; k < 10; k++) {
    let i = k //注意這裡,每次循環都會建立一個新的i變數
    setTimeout(() => console.log("i:", i), 1000)
}

提升(Hoisting)

註: 這一段的說明改寫自我在segmentfault討論區的這篇問答

變數/常數、函式(主要是指函式定義方式, FD)、類別都有提升的特性。這是因為在執行的過程,也就是執行上下文(EC)在建立的過程時,就有一個階段是稱為綁定(binding)的步驟,在這步驟時會尋找目前要建立的這個上下文(EC)的變數、函式、類別等資訊,這一段在ECMAScript標準中,有一節稱為Declaration Binding Instantiation(宣告綁定初始化),其中就有提到它的規則,以下簡單翻一段:


每個執行上下文(EC)都會有個關聯的VariableEnvironment(變量環境)。被評估需要包含在執行上下文(EC)中的在ECMAScript程式碼裡所定義的變數與函數,會被加入到VariableEnvironment(變量環境)的Environment Record(環境記錄)裡成為綁定。對於函式的程式碼來說,傳入參數也會加入到Environment Record(環境記錄)成為綁定。

Environment Record(環境記錄)就是執行上下文(EC)用來綁定宣告的記錄部份,其中又分兩類declarative environment records與object environment records…


所以在JS引擎在執行時,會先作宣告部份的綁定,這個步驟時會對已經存在記錄里的聲明進行掃描,如果已有記錄的,新的宣告會覆蓋掉已有的。

下面是綁定步驟的一個的程式碼範例,參考自這篇文章:

var foo

;(function(){
    foo = 1    // 此步驟時,沒有要綁定的
    var foo   // 清除之前綁定的,然後新建一個聲明,指定為undefined
    foo = 2   // 此步驟時,沒有要綁定的
})()

上面所說的是執行上下文的三大部份中的VariableEnvironment,而作用域是屬於LexicalEnvironment,可以參考標準中的說明

再補充一點是,以V8引擎的原始碼來看(剛那篇文章有提到),JS代碼在執行前的確是有經過編譯過程的,然後最後才在電腦中執行。只是通常以它對開發的執行過程而言,會稱它是"直譯"執行,而不是"編譯為可執行檔"的那種執行。

最後,會被提升的目前有下面這些,不過仍有一些細節上的不同:

var, let, const, function, function*, class

有些人會認為letconst不會被提升,實際上是會的。因為它們被定義有一段時間是無法存取的,這是在被宣告與進入作用域之間時,這段時間稱為Temporal Dead Zone(TDZ, 時間死區),所以不同於varfunction,存取letconst提升的變數/常數會產生錯誤ReferenceError,而不是undefined

註: dead zone在英文裡是專有名詞,是指"電波達不到的地區"。

要理解let, const是否會被提升,可以用下面的簡單例子來看。第一個例子,是正常可以輸出x變數的值:

let x = 'outer scope'

;(function() {
    console.log(x)
}())

第二個例子,會產生錯誤ReferenceError。這是因為函數中的那個用let宣告的x變數被提升到函數中區塊的最上面,因此造成錯誤:

let x = 'outer scope'

;(function() {
    console.log(x)
    let x = 'inner scope' //多加這行程式碼,這行被提升到函式區塊中的最上面一行
}())

有興趣可以再參考這裡的問答,與上面這個範例的出處文章

註: 上面例子中的IIFE語句,前面加上分號(;)是一種保護的語法,可以看我寫的這篇部落格文章裡有提到。

撰寫風格建議

根據Airbnb的JavaScript風格指引,以及最近改版的Google JavaScript風格指引,以下總結幾點對於letconst在使用上,幾個建議的採用的撰寫風格:

  1. 不要再用var來宣告變數,改用letconst,而且優先使用const,除非需要再指定值才用let。(Google 5.1.1, Airbnb 2.1/2.2)
  2. 不要使用逗號(,)在同一行來定義(宣告)多個變數或常數,例如let a = 1, b = 2是不必要的,應該是一行一個定義(宣告)。(Google 5.1.2, Airbnb 13.2)
  3. 並不是在區塊中或函式中區域的最上面來宣告變數/常數,而是在合理的位置,在變數/常數首次被使用時的上面一行來宣告變數。(Google 5.1.3, Airbnb 13.4)

第1點的var的部份不要再用的理由,上面的內文已經有說明。const可以用在物件、陣列與函式上,常數一宣告時就要指定值,犯錯的機會會減少很多。另外,JS引擎也可以作最佳化。所以大概9成的情況都是用const,只有像for迴圈語句或一些需要再指定值的情況才會用到let

第2點的理由主要是為了除錯,除錯器可以一步步明確地停在每個變數/常數宣告的那一行。另一個理由是不用逗號(,)後,可以減少寫錯符號的機會,程式碼的可閱讀性也可以提升。說實在不需要偷懶省那幾行,當然有些開發者是因為習慣這樣作了,這就看你自己吧。

第3個的理由是因為現在的編譯器與JS引擎都已經作得很好,而且letconst都是區塊作用域,不用再擔心常數/變數會曝露到全域中的問題,提升特性如果你已經學過知道了,不要亂用也很難遇到。總之變數/常數在要用到前再宣告就行了,這是所謂的"合理的位置"。這會與Douglas Crockford大師所提的,一定要宣告在函式或程式檔案的最上面,這個撰寫風格的說法會不太一樣,不過當年也只有var可用,大師的想法自然有他的道理,但現在有了letconst就不用這樣作了。

結論

本文章對let與const作了一個完整的說明。其中有部份的章節內容是我之前在討論區中回答問題時,整理出來的部份。這兩個新的ES6特性,最近經常被問到,回答時查了不少資料,應該對你有幫助,雖然有些內容可能比較艱深些,我想多看幾次就應該能理解。說實在真的要解釋是什麼為什麼,不稍微說明一下底層的實作設計,也很難回答的清楚。


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