[JS] You Don't Know JavaScript [Scope & Closures] - What is Scope?

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Fandix 2020-10-05 19:44:04 ‧ 877 瀏覽

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前言

上面兩章節簡單的介紹了一下什麼是JS與特性，而本章節開始會正式進入到JS中，而一開始我們先從作用域開始介紹，什麼是作用域？作用域就是一個變數的生存範圍，一旦超出了這麼範圍就無法存取到這個變數，定義了變量在哪裡存活與我們能在哪裡找到他，這就是作用域。

Compiling Code

作用域主要是在編譯的時候定義的，所以需要了解JS編譯與執行之間的關係。

在一般的編譯器中，編譯一般分為三個階段 :
1.Tokenizing/Lexing : 將程式碼分解為對JS有意義的token，舉個例子，若有一段程式碼var a = 2;那們它將會被分解為var、a、=、2和;，至於空格則取決於是否有意義而選擇性的轉換。
2.Parsing : 獲取所有的token並將他們轉換為AST(Avstract Syntax Tree)。舉例來若將var a = 2;轉換為AST，可以從最頂端的節點VariableDeclaration開始，它底下有兩個子節點，一個是代表著變量a的identifier與代表擁有數值的AssignmentExpression，而代表有數值節點下有一個NumericLiteral的子節點代表數值(2)。

3.Code Generation : 執行AST並將它轉換為可以執行得代碼，這個轉換會因為不同語言而有不同的結果，以JS來說它會對var a = 2;這個程式碼轉換成一組機械指令，將創建一個稱為a的變量並將2賦予給這個變量。

由於JS與大部分語言一樣它不會再build的時期就提前編譯，而這個動作必須發收生在執行代碼前幾ms的時間，為了確保擁有最快的性能，JS引擎就使用了各種技巧(JIT,lazy compile...)這些就不再此處進行討論。

為了簡單的描述JS對於程式的處理，可以簡單的分為解析/編譯然後是執行，雖然JS沒有明確的要求進行編譯，但是它對於程式實質上的行為卻是需要編譯後才能執行的。

我們以下面三個例子來證明這點 :

var greeting = 'Hello';
console.log(greeting);
greeting = .'Hi'; //SyntaxError: unexpected token .

上面的程式中"Hello"並不會被輸出，它擲出了一個SymtaxError，因為在Hi前面有一個非預期的token，以上面的例子中，若JS是由上而下一行一行的編譯的話，那麼應該會先輸出"Hello"後才發生錯誤才對，但事實上JS引擎能夠知道在第三行中有一個syntaxError，所以JS引擎會在執行前先解析整個程式。

console.log("Howdy");

saySomething("Hello","Hi");
// Uncaught SyntaxError: Duplicate parameter name not
// allowed in this context

function saySomething(greeting,greeting) {
    "use strict";
    console.log(greeting);
}

上面的例子中也會擲出一個SyntaxError，因為我們在saySomething這個函數中使用了嚴格模式，而嚴格模式禁止function的參數使用一樣的名子，雖然拋出的錯誤並不是語法錯誤，但是在嚴格模式下這個錯誤會在執行前被擲出並被當成early error。

而這個例子再次證明了JS會在執行代碼前對程式完全的解析，因為不這麼做的話它就不會知道function中有兩個一樣名子的參數與funciton中使用的是嚴格模式。

function saySomething() {
    var greeting = "Hello";
    {
        greeting = "Howdy";  // error comes from here
        let greeting = "Hi";
        console.log(greeting);
    }
}

saySomething();
// ReferenceError: Cannot access 'greeting' before
// initialization

上面了例子中，因為在let宣告greeting之前就使用了這個變量(let不會hoasting)所以導致了ReferenceError，這個例子也證明了JS是需要先將全部程式編譯後才會執行。

Compiler Speak

在了解了JS引擎處理程式的兩個階段後，我們再回到JS引擎是如何識別便量並確定它在程式中的使用範圍。

為了更深入地理解需要了解更多的編譯器術語，這邊會介紹LHS查詢（Left-hand Side）和RHS查詢（Right-hand Side），簡單來說當一個變量出現在賦值的左邊時會進行LHS查詢，當一個變量出現在賦值操作的右手邊會進行RHS查詢，說得更準確一點：

RHS(source)是簡單地查詢某個變量的值。
LHS(target)是試著找到變量容器以便它可以賦值。

var students = [
    { id: 14, name: "Kyle" },
    { id: 73, name: "Suzy" },
    { id: 112, name: "Frank" },
    { id: 6, name: "Sarah" }
];

function getStudentName(studentID) {
    for (let student of students) {
        if (student.id == studentID) {
            return student.name;
        }
    }
}

var nextStudent = getStudentName(73);
console.log(nextStudent); //Suzy

Targets

我們先找到上面例子中的Targets。

students = [...]

這個很顯然是一個Target，因為students被賦予了一個陣列的值，它與nextStudent = getStudentName(73)一樣都是賦值操作。

for(let student of students)

這裡是一個比較難發現的Target，這句程式的意思是將students這個陣列迭代給student這個變數，所以也是一個賦值(只是不太明顯)。

getStudentName(73);

這裡也是一個隱性的Target，因為它將73這個數值賦予給getStudentName這個function的參數。

Source

for(let student of students)

上面提到student是屬於被賦值的target，那麼students這個陣列便是給予數值的source

if(student.id == studentID)

在這邊的student與studentID都是屬於source reference。

return student.name

這邊的student也是屬於source，因為它提供了可以retuen的值。

在舉個簡單的例子：

function foo(a){
    console.log(a);
}
foo(2);

上面的例子既有LHS也有RHS，我們仔細地對它進行分析 :

當程式調用了foo(...)，代表著函數調用要求一個指向foo的RHS，它代表著去查詢foo的值並將結果交給引擎。
當值2做作為參數傳遞給foo時，2被賦予給了參數a，這邊使用了隱含的參數賦值，所以進行了一個LHS。
而當結果被傳遞給console.log(...)時，它會對console這個物件進行一個RHS查詢，查詢是否有一個log的mathod。
最後當值2被傳入log(...)時，因為2被賦予給了log的參數，所以也進行了一次LHS。

Nested Scope

作用域是通過標示福明成查詢變量的規則，但是通常會有多餘一個作用域的問題需要考慮，就像一個程式嵌套在另一個程式碼區域或函數中，作用域也會被嵌套在其他作用域中，所以如果再直接作用域找不到需要的變量，則會往外層作用域尋找，如此繼續找到最外層作用域(全域作用域)。

舉個例子 :

function foo(a){
    console.log(a + b);
}

var b = 2;

foo(2); //4

以上面的例子來說，當JS引擎在直接作用域(函式foo中)找不到b這個變量，那麼它就會訪問外層的作用域(全域作用域)看是否有b這個變數可以讓它進行RHS。

遍歷嵌套作用域的規則很簡單，JS引擎從當前執行的作用域開始查找變量，如果沒有找到就向上走一級繼續查找，如此類推。如果到了最外層(全局作用域)，那麼查找就會停止無論它是否找到了變量。

Errors

為什麼需要了解LHS與RHS?
因為在一個變量還沒被宣告的情況下，這兩種類型的查詢做了完全不同的行為。

function foo(a){
    console.log(a + b);
    b = a;
}
foo(2);

當b的第一次RHS查詢發生時，因為它是一個沒有被宣告過的變量，所以在作用域中找不到它，因此如果在所有的作用域中都找不到b這個變量的時候，JS引擎會拋出一個ReferenceError。
相比之下若JS引擎在做LHS查詢，雖然達到了頂層作用域都沒有找到這個變量，若是沒有在嚴格模式(strict)下，那麼就會在全局作用域中創建一個同名的新變量。

而若一個RHS查詢到了需要的變量，但是卻對這個變量做這個值不可能做到的事，比如將這個非函數的值當作函數執行，或是引用null或undefined，那們JS引擎就會拋出種類錯誤TypeError。

所以ReferenceError是對於作用域解析失敗，而TypeError則是作用域解析成功了但是對對這個解析成功的變量做非法/不可能的操作。

參考文獻 :
You Don'y Know JavaScript
You Don'y Know JavaScript 2nd