JavaScript基础——变量、作用域和内存问题

按照ECMA-262的定义，JavaScript的变量与其他语言的变量有很大区别。JavaScript变量松散类型的本质，决定了它只是在特定时间用于保存特定值的一个名字而已。由于不存在定义某个变量必须要保存何种数据类型值的规则，变量的值即其数据类型可以在脚本的声明周期内改变。尽管从某种角度看，这可能是一个既有趣又强大，但同时又容易出问题的特性，但JavaScript变量实际的复杂程度远不止如此。

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，而引用类型指那些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。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。如：

var person = new Object();

person.name = “Nicholas”;

alert(person.name);//Nicholas

以上代码创建了一个对象并将其保存在了变量person中，然后，我们为该对象添加了一个名为name的属性，并将字符串”Nicholas”赋给了这个属性。紧接着，又通过alert()函数访问了这个新属性。如果对象不被销毁或者这个属性不被删除，则这个属性将一直存在。

但是，不能给基本类型的值添加属性，尽管这样做不会导致任何错误。比如：

var name = “Nicholas”;

name.age = 27;

alert(name.age);//undefined

在这个例子中，为字符串name定义了一个名为age的属性，并为该属性赋值27。但在访问这个属性时，发现该属性不见了。这说明知只能给引用类型值动态地添加属性，以便将来使用。

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赋值基本类型和引用类型值时，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，然后把该值复制到新变量分配的位置上。在此之后的任何操作，两个值之间互不影响。

当从一个变量向另一个变量复制引用类型的值时，同样也会在变量对象中的值复制一份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。

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。

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。如：

    function addTen(num){

        num +=10;

        return num;

    }

    var count = 20;

    var result = addTen(count);

    alert(count);//20 没有变化

    alert(result);//30

这里的函数addTen()有一个参数num，而参数实际上是函数的局部变量，在调用这个函数时，变量count作为参数被传递给函数，这个变量的值是20。于是，数值20被复制给参数num以便在addTen()中使用。在函数内部，参数num的值被加上了10，但这一变化不会影响函数外部的count变量。参数num与count互不相识，它们仅仅是有相同的值。加入num是按引用传递的话，那么变量count的值也将变成30，从而反映函数内部的修改。当然，使用数值等基本类型值来说明安置传递参数比较简单，但如果使用对象，那问题就不怎么好理解了，如：

    function setName(obj){

        obj.name = "Nicholas";

    }

   

    var person = new Object();

    setName(person);

    alert(person.name);//Nicholas

以上代码中创建一个对象，并将其保存在了变量person中。然后，这个对象被传递到setName()函数中之后就被复制给了obj。在这个函数内部，obj和person引用的是同一个对象。换句话说，即使这个对象是按值传递的，obj也会按引用来访问同一个对象。于是，当在函数内部为obj添加name属性后，函数外部的person也将有所反映；因为person指向的对象在堆内存中只有一个，而且是全局对象。再如：

    function setName(obj){

        obj.name = "Nicholas";

        obj = new Object;

        obj.name = "Greg";

    }

   

    var person = new Object();

    setName(person);

    alert(person.name);//Nicholas

上面的例子中，如果person是按引用传递的，那么person就会自动被修改为指向其name属性值为“Greg”的新对象，但是，当接下来再访问person.name时，显示的值仍然是”Nicholas”。这说明即使在函数内部修改了参数的值，但原始的引用仍然保持不变。实际上，当在函数内部重写obj时，这个变量引用的就是一个局部对象了。而这个局部对象会在函数执行完毕后立即被销毁。

检测类型

要检测一个变量是不是基本类型，typeof操作符是最佳的工具。如果变量的值是一个对象或null，则typeof操作符将返回“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，语法：

result = variable instanceof constructor

如果变量是给定引用类型的实例，那么instanceof操作符就会返回true。

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（executioncontext，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，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到这个对象，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，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权访问。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，则将其活动对象作为变量对象。多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）。

示例：

    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，就是以为可以在这个作用域链中找到它。

此外，在全局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：

    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();

以上代码公涉及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tempColoe，该变量只能在这个环境中访问到。无论是全局环境还是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。

延长作用域链

虽然执行环境的类型总共有两种——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。在这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：

（1）      try-catch语句的catch块

（2）      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。如：

    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。

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，因而支持根据条件来定义变量。在Java中下面的语句会提示错误：

        {

            int a = 10;

        }

        System.out.println(a);

而在JavaScript中，下面的语句会正常执行：

    {

        var a = 10;

    }

    alert(a);

再如：

    if(true){

        var color = "blue";

    }

    alert(color);

这里是在一个if语句中定义了变量color。如果是在C、C++或Java中，color会在if语句执行完毕后被销毁。但在JavaScript中，if语句中的变量声明会将变量添加到当前的执行环境（在这里是全局变量）中。在使用for语句时尤其要来及这一差异，例如：

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。

声明变量

使用var声明的变量会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：

    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。

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。如：

var color = “blue”;

function getColor(){

         returncolor;

}

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，将开始一个量步骤的搜索过程。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），然后在哪里找到了名为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。

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：

var color = “blue”;

function getColor(){

         varcolor = “red”;

         returncolor;

}

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，所以搜索立即停止，return语句就使用这个局部变量，并为函数返回”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都无法访问全局变量color变量。如果有一个操作数是对象，而另一个不是，就会在对象上调用valueof()方法以取得基本类型的值，以便根据前面的规则进行比较。

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。

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。用于标志无用变量的策略可能会因实现而已，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”变量列表即一个“离开环境的”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莪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已经无法引用的变量的标记。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。

引用计数

另一种不太常见的垃圾收集策略叫做引用计数（referencecounting）。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空间。

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，按恶魔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声明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，由此引发的严重心能问题促使IE7重写了其垃圾收集例程。

随着IE7的发布，其JavaScript引擎的垃圾手机例程改变了工作方式：触发垃圾手机的变量分配字面量和（或）数组的临界值被调整为攻台修正。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会默认值。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。

事实上，在有的浏览器中可以触发垃圾收集过程，但不建议这样做。在IE中，调用window.CollectGarbage()方法会立即执行垃圾收集。在Opera7即更高版本中，调用window.opera.collect()也会启动垃圾收集例程。

管理内存

使用具备垃圾收集机制的语言编写程序，开发人员一般不必操心内存管理的问题。但是，JavaScript在进行内存管理即垃圾收集时面临的问题还是有点与众不同。其中最主要的一个问题，就是分配给Web浏览器的可用内存数量通常要比分配给桌面应用程序的少。这样做的目的主要是出于安全方面的考虑，目的是防止运行JavaScript的网页耗尽全部系统内存而导致系统崩溃。内存限制问题不仅会影响给变量分配内存，同时还影响调用栈以及在一个线程中能够同时执行的语句数量。

因此，确保占用最少的内存可以让页面获得更好的性能。而优化内存占用的最佳方式，就是为执行中的代码只保存必要的数据。一旦数据不再有用，最好用过将其设置为null来释放其引用——这个做法叫做解除引用。这一做法适用于大多数全局变量和全局对象的属性。局部变量会在它们离开执行环境时自动被解除引用，如：

    function createPerson(name){

        var localPerson = new Object();

        localPerson.name = name;

        return localPerson;

    }

    var globalPerson = createPerson("Nicholas");

    //手工解除globalPerson的引用

    globalPerson = null;

在这个例子中，变量globalPerson取得了createPerson()函数返回的值。在createPerson(()函数内部，创建了一个对象并将其赋值给局部变量localPerson，然后又为该对象添加了一个名为name的属性。最后，当调用这个函数时，localPerson以函数值的形式返回并赋值给全局变量globalPerson。由于localPerson在createPerson()函数执行完毕后就离开了其执行环境，一次无需显式地去为它解除引用。但是对于全局变量globalPerson而言，则需要在不使用它的时候手工为它解除引用，这也正是上面例子中最后一行代码的目的。

不过，解除一个值的引用并不意味着自动回收该值所占用的内存。解除引用的真正作用是让值脱离执行环境，以便垃圾收集器下次运行时将其回收。