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代码执行完毕后，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。

当代码在一个环境中执行时，会创建变量对象的一个作用域链（scope chain）。作用域链的用途，是保证对执行环境有权访问的所有变量和函数的有序访问。作用域链的前端，始终都是当前执行的代码所在环境的变量对象。如果这个环境是函数，则将其活动对象（activation object）作为变量对象。活动对象在最开始时只包含一个变量，即arguments 对象（这个对象在全局环境中是不存在的）。作用域链中的下一个变量对象来自包含（外部）环境，而再下一个变量对象则来自下一个包含环境。这样，一直延续到全局执行环境；全局执行环境的变量对象始终都是作用域链中的最后一个对象。

标识符解析是沿着作用域链一级一级地搜索标识符的过程。搜索过程始终从作用域链的前端开始，然后逐级地向后回溯，直至找到标识符为止（如果找不到标识符，通常会导致错误发生）。

var color = "blue";
function changeColor() {
if (color === "blue") {color = "red";
} else {color = "blue";
}
}
changeColor();
alert("Color is now " + color);

在这个简单的例子中，函数changeColor()的作用域链包含两个对象：它自己的变量对象（其中定义着arguments 对象）和全局环境的变量对象。可以在函数内部访问变量color，就是因为可以在这个作用域链中找到它。

此外，在局部作用域中定义的变量可以在局部环境中与全局变量互换使用，如下面这个例子所示：

var color = "blue";
function changeColor() {
var anotherColor = "red";
function swapColors() {var tempColor = anotherColor;anotherColor = color;color = tempColor;// 这里可以访问color、anotherColor 和tempColor
}
// 这里可以访问color 和anotherColor，但不能访问tempColor
swapColors();
}
// 这里只能访问color
changeColor();

以上代码共涉及3 个执行环境：全局环境、changeColor()的局部环境和swapColors()的局部环境。全局环境中有一个变量color 和一个函数changeColor()。changeColor()的局部环境中有一个名为anotherColor 的变量和一个名为swapColors()的函数，但它也可以访问全局环境中的变量color。swapColors()的局部环境中有一个变量tempColor，该变量只能在这个环境中访问到。

无论全局环境还是changeColor()的局部环境都无权访问tempColor。然而，在swapColors()内部则可以访问其他两个环境中的所有变量，因为那两个环境是它的父执行环境。图4-3 形象地展示了前面这个例子的作用域链。

图4-3 中的矩形表示特定的执行环境。其中，内部环境可以通过作用域链访问所有的外部环境，但外部环境不能访问内部环境中的任何变量和函数。这些环境之间的联系是线性、有次序的。每个环境都可以向上搜索作用域链，以查询变量和函数名；但任何环境都不能通过向下搜索作用域链而进入另一个执行环境。对于这个例子中的swapColors()而言，其作用域链中包含3 个对象：swapColors()的变量对象、changeColor()的变量对象和全局变量对象。swapColors()的局部环境开始时会先在自己的变量对象中搜索变量和函数名，如果搜索不到则再搜索上一级作用域链。changeColor()的作用域链中只包含两个对象：它自己的变量对象和全局变量对象。这也就是说，它不能访问swapColors()的环境。

函数参数也被当作变量来对待，因此其访问规则与执行环境中的其他变量相同。

4.2.1 延长作用域链

虽然执行环境的类型总共只有两种——全局和局部（函数），但还是有其他办法来延长作用域链。

• try-catch 语句的catch 块；
• with 语句。

这两个语句都会在作用域链的前端添加一个变量对象。对with 语句来说，会将指定的对象添加到作用域链中。对catch 语句来说，会创建一个新的变量对象，其中包含的是被抛出的错误对象的声明。

下面看一个例子。

function buildUrl() {
var qs = "?debug=true";
with(location) {var url = href + qs;
}
return url;
}

在此，with 语句接收的是location 对象，因此其变量对象中就包含了location 对象的所有属性和方法，而这个变量对象被添加到了作用域链的前端。buildUrl()函数中定义了一个变量qs。当在with 语句中引用变量href 时（实际引用的是location.href），可以在当前执行环境的变量对象中找到。当引用变量qs 时，引用的则是在buildUrl()中定义的那个变量，而该变量位于函数环境的变量对象中。至于with 语句内部，则定义了一个名为url 的变量，因而url 就成了函数执行环境的一部分，所以可以作为函数的值被返回。

在IE8 及之前版本的JavaScript 实现中，存在一个与标准不一致的地方，即在catch 语句中捕获的错误对象会被添加到执行环境的变量对象，而不是catch 语句的变量对象中。换句话说，即使是在catch 块的外部也可以访问到错误对象。IE9 修复了这个问题。

4.2.2 没有块级作用域

JavaScript 没有块级作用域经常会导致理解上的困惑。在其他类C 的语言中，由花括号封闭的代码块都有自己的作用域（如果用ECMAScript 的话来讲，就是它们自己的执行环境），因而支持根据条件来定义变量。例如，下面的代码在JavaScript 中并不会得到想象中的结果：

if (true) {
    var color = "blue";
}
alert(color); //"blue"

for (var i=0; i < 10; i++){
    doSomething(i);
}
alert(i); //10

对于有块级作用域的语言来说，for 语句初始化变量的表达式所定义的变量，只会存在于循环的环境之中。而对于JavaScript 来说，由for 语句创建的变量i 即使在for 循环执行结束后，也依旧会存在于循环外部的执行环境中。

1. 声明变量

使用var 声明的变量会自动被添加到最接近的环境中。在函数内部，最接近的环境就是函数的局部环境；在with 语句中，最接近的环境是函数环境。如果初始化变量时没有使用var 声明，该变量会自动被添加到全局环境。如下所示：

function add(num1, num2) {
    var sum = num1 + num2;
    return sum;
}
var result = add(10, 20); //30
alert(sum); //由于sum 不是有效的变量，因此会导致错误

以上代码中的函数add()定义了一个名为sum 的局部变量，该变量包含加法操作的结果。虽然结果值从函数中返回了，但变量sum 在函数外部是访问不到的。如果省略这个例子中的var 关键字，那么当add()执行完毕后，sum 也将可以访问到：

function add(num1, num2) {
    sum = num1 + num2;
    return sum;
}
var result = add(10, 20); //30
alert(sum); //30

这个例子中的变量sum 在被初始化赋值时没有使用var 关键字。于是，当调用完add()之后，添加到全局环境中的变量sum 将继续存在；即使函数已经执行完毕，后面的代码依旧可以访问它。

在编写JavaScript 代码的过程中，不声明而直接初始化变量是一个常见的错误做法，因为这样可能会导致意外。我们建议在初始化变量之前，一定要先声明，这样就可以避免类似问题。在严格模式下，初始化未经声明的变量会导致错误。

2. 查询标识符

当在某个环境中为了读取或写入而引用一个标识符时，必须通过搜索来确定该标识符实际代表什么。搜索过程从作用域链的前端开始，向上逐级查询与给定名字匹配的标识符。如果在局部环境中找到了该标识符，搜索过程停止，变量就绪。如果在局部环境中没有找到该变量名，则继续沿作用域链向上搜索。搜索过程将一直追溯到全局环境的变量对象。如果在全局环境中也没有找到这个标识符，则意味着该变量尚未声明。

通过下面这个示例，可以理解查询标识符的过程：

var color = "blue";
    function getColor(){
    return color;
}
alert(getColor()); //"blue"

调用本例中的函数getColor()时会引用变量color。为了确定变量color 的值，将开始一个两步的搜索过程。首先，搜索getColor()的变量对象，查找其中是否包含一个名为color 的标识符。

在没有找到的情况下，搜索继续到下一个变量对象（全局环境的变量对象），然后在那里找到了名为color 的标识符。因为搜索到了定义这个变量的变量对象，搜索过程宣告结束。图4-4 形象地展示了上述搜索过程。

在这个搜索过程中，如果存在一个局部的变量的定义，则搜索会自动停止，不再进入另一个变量对象。换句话说，如果局部环境中存在着同名标识符，就不会使用位于父环境中的标识符，如下面的例子所示：

var color = "blue";
function getColor(){
    var color = "red";
    return color;
}
alert(getColor()); //"red"

修改后的代码在getColor()函数中声明了一个名为color 的局部变量。调用函数时，该变量就会被声明。而当函数中的第二行代码执行时，意味着必须找到并返回变量color 的值。搜索过程首先从局部环境中开始，而且在这里发现了一个名为color 的变量，其值为"red"。因为变量已经找到了，所以搜索即行停止，return 语句就使用这个局部变量，并为函数会返回"red"。也就是说，任何位于局部变量color 的声明之后的代码，如果不使用window.color 都无法访问全局color变量。

变量查询也不是没有代价的。很明显，访问局部变量要比访问全局变量更快，因为不用向上搜索作用域链。JavaScript 引擎在优化标识符查询方面做得不错，因此这个差别在将来恐怕就可以忽略不计了。