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。
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。
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。
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
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。
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
根据规定,所有引用类型的值都是 Object 的实例。因此,在检测一个引用类型值和 Object 构造 函数时,instanceof 操作符始终会返回 true。当然,如果使用 instanceof 操作符检测基本类型的 值,则该操作符始终会返回 false,因为基本类型不是对象。
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)
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。 这么说是因为有些语句可以在作用域链的前端临时增加一个变量对象,该变量对象会在代码执行后被移 除。在两种情况下会发生这种现象。具体来说,就是当执行流进入下列任何一个语句时,作用域链就会 得到加长:
- 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。
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。
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。
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。
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。
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”。
可以使用任何方式来标记变量。比如,可以通过翻转某个特殊的位来记录一个变量何时进入环境, 或者使用一个“进入环境的”变量列表及一个“离开环境的”变量列表来跟踪哪个变量发生了变化。说 到底,如何标记变量其实并不重要,关键在于采取什么策略。
垃圾收集器在运行的时候会给存储在内存中的所有变量都加上标记(当然,可以使用任何标记方 式)。然后,它会去掉环境中的变量以及被环境中的变量引用的变量的标记。而在此之后再被加上标记 的变量将被视为准备删除的变量,原因是环境中的变量已经无法访问到这些变量了。最后,垃圾收集器 完成内存清除工作,销毁那些带标记的值并回收它们所占用的内存空间。
到 2008年为止,IE、Firefox、Opera、Chrome和 Safari的 JavaScript实现使用的都是标记清除式的 垃圾收集策略(或类似的策略),只不过垃圾收集的时间间隔互有不同。
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。
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。
随着 IE7的发布,其 JavaScript引擎的垃圾收集例程改变了工作方式:触发垃圾收集的变量分配、 字面量和(或)数组元素的临界值被调整为动态修正。IE7 中的各项临界值在初始时与 IE6 相等。如果 垃圾收集例程回收的内存分配量低于 15%,则变量、字面量和(或)数组元素的临界值就会加倍。如果 例程回收了 85%的内存分配量,则将各种临界值重置回默认值。这一看似简单的调整,极大地提升了 IE 在运行包含大量 JavaScript的页面时的性能。