JavaScript 變量對(duì)象（Variable Object）

JavaScript編程的時(shí)候總避免不了聲明函數(shù)和變量，以成功構(gòu)建我們的系統(tǒng)，但是解釋器是如何并且在什么地方去查找這些函數(shù)和變量呢？我們引用這些對(duì)象的時(shí)候究竟發(fā)生了什么？

原始發(fā)布：Dmitry A. Soshnikov
發(fā)布時(shí)間：2009-06-27
俄文地址：http://dmitrysoshnikov.com/ecmascript/ru-chapter-2-variable-object/

英文翻譯：Dmitry A. Soshnikov
發(fā)布時(shí)間：2010-03-15
英文地址：http://dmitrysoshnikov.com/ecmascript/chapter-2-variable-object/

部分難以翻譯的句子參考了justinw的中文翻譯

大多數(shù)ECMAScript程序員應(yīng)該都知道變量與執(zhí)行上下文有密切關(guān)系：

var a = 10; // 全局上下文中的變量

(function () {
  var b = 20; // function上下文中的局部變量
})();

alert(a); // 10
alert(b); // 全局變量 "b" 沒有聲明

并且，很多程序員也都知道，當(dāng)前ECMAScript規(guī)范指出獨(dú)立作用域只能通過“函數(shù)(function)”代碼類型的執(zhí)行上下文創(chuàng)建。也就是說，相對(duì)于C/C++來說，ECMAScript里的for循環(huán)并不能創(chuàng)建一個(gè)局部的上下文。

for (var k in {a: 1, b: 2}) {
  alert(k);
}

alert(k); // 盡管循環(huán)已經(jīng)結(jié)束但變量k依然在當(dāng)前作用域

我們來看看一下，我們聲明數(shù)據(jù)的時(shí)候到底都發(fā)現(xiàn)了什么細(xì)節(jié)。

數(shù)據(jù)聲明

如果變量與執(zhí)行上下文相關(guān)，那變量自己應(yīng)該知道它的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在哪里，并且知道如何訪問。這種機(jī)制稱為變量對(duì)象(variable object)。

變量對(duì)象(縮寫為VO)是一個(gè)與執(zhí)行上下文相關(guān)的特殊對(duì)象，它存儲(chǔ)著在上下文中聲明的以下內(nèi)容：
    變量 (var, 變量聲明);
    函數(shù)聲明 (FunctionDeclaration, 縮寫為FD);
    函數(shù)的形參

舉例來說，我們可以用普通的ECMAScript對(duì)象來表示一個(gè)變量對(duì)象：

VO = {};

就像我們所說的, VO就是執(zhí)行上下文的屬性(property)：

activeExecutionContext = {
  VO: {
    // 上下文數(shù)據(jù)（var, FD, function arguments)
  }
};

只有全局上下文的變量對(duì)象允許通過VO的屬性名稱來間接訪問(因?yàn)樵谌稚舷挛睦铮謱?duì)象自身就是變量對(duì)象，稍后會(huì)詳細(xì)介紹)，在其它上下文中是不能直接訪問VO對(duì)象的，因?yàn)樗皇莾?nèi)部機(jī)制的一個(gè)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)我們聲明一個(gè)變量或一個(gè)函數(shù)的時(shí)候，和我們創(chuàng)建VO新屬性的時(shí)候一樣沒有別的區(qū)別（即：有名稱以及對(duì)應(yīng)的值）。

例如：

var a = 10;

function test(x) {
  var b = 20;
};

test(30);

對(duì)應(yīng)的變量對(duì)象是：

// 全局上下文的變量對(duì)象
VO(globalContext) = {
  a: 10,
  test: <reference to function>
};

// test函數(shù)上下文的變量對(duì)象
VO(test functionContext) = {
  x: 30,
  b: 20
};

在具體實(shí)現(xiàn)層面(以及規(guī)范中)變量對(duì)象只是一個(gè)抽象概念。(從本質(zhì)上說，在具體執(zhí)行上下文中，VO名稱是不一樣的，并且初始結(jié)構(gòu)也不一樣。

不同執(zhí)行上下文中的變量對(duì)象

對(duì)于所有類型的執(zhí)行上下文來說，變量對(duì)象的一些操作(如變量初始化)和行為都是共通的。從這個(gè)角度來看，把變量對(duì)象作為抽象的基本事物來理解更為容易。同樣在函數(shù)上下文中也定義和變量對(duì)象相關(guān)的額外內(nèi)容。

抽象變量對(duì)象VO (變量初始化過程的一般行為)
  ║
  ╠══> 全局上下文變量對(duì)象GlobalContextVO
  ║        (VO === this === global)
  ║
  ╚══> 函數(shù)上下文變量對(duì)象FunctionContextVO
           (VO === AO, 并且添加了<arguments>和<formal parameters>)

我們來詳細(xì)看一下：

全局上下文中的變量對(duì)象

首先，我們要給全局對(duì)象一個(gè)明確的定義：

全局對(duì)象(Global object) 是在進(jìn)入任何執(zhí)行上下文之前就已經(jīng)創(chuàng)建了的對(duì)象；
這個(gè)對(duì)象只存在一份，它的屬性在程序中任何地方都可以訪問，全局對(duì)象的生命周期終止于程序退出那一刻。

全局對(duì)象初始創(chuàng)建階段將Math、String、Date、parseInt作為自身屬性，等屬性初始化，同樣也可以有額外創(chuàng)建的其它對(duì)象作為屬性（其可以指向到全局對(duì)象自身）。例如，在DOM中，全局對(duì)象的window屬性就可以引用全局對(duì)象自身(當(dāng)然，并不是所有的具體實(shí)現(xiàn)都是這樣)：

global = {
  Math: <...>,
  String: <...>
  ...
  ...
  window: global //引用自身
};

當(dāng)訪問全局對(duì)象的屬性時(shí)通常會(huì)忽略掉前綴，這是因?yàn)槿謱?duì)象是不能通過名稱直接訪問的。不過我們依然可以通過全局上下文的this來訪問全局對(duì)象，同樣也可以遞歸引用自身。例如，DOM中的window。綜上所述，代碼可以簡(jiǎn)寫為：

String(10); // 就是global.String(10);

// 帶有前綴
window.a = 10; // === global.window.a = 10 === global.a = 10;
this.b = 20; // global.b = 20;

因此，回到全局上下文中的變量對(duì)象——在這里，變量對(duì)象就是全局對(duì)象自己：

VO(globalContext) === global;

非常有必要要理解上述結(jié)論，基于這個(gè)原理，在全局上下文中聲明的對(duì)應(yīng)，我們才可以間接通過全局對(duì)象的屬性來訪問它（例如，事先不知道變量名稱）。

var a = new String('test');

alert(a); // 直接訪問，在VO(globalContext)里找到："test"

alert(window['a']); // 間接通過global訪問：global === VO(globalContext): "test"
alert(a === this.a); // true

var aKey = 'a';
alert(window[aKey]); // 間接通過動(dòng)態(tài)屬性名稱訪問："test"

函數(shù)上下文中的變量對(duì)象

在函數(shù)執(zhí)行上下文中，VO是不能直接訪問的，此時(shí)由活動(dòng)對(duì)象(activation object,縮寫為AO)扮演VO的角色。

VO(functionContext) === AO;

活動(dòng)對(duì)象是在進(jìn)入函數(shù)上下文時(shí)刻被創(chuàng)建的，它通過函數(shù)的arguments屬性初始化。arguments屬性的值是Arguments對(duì)象：

AO = {
  arguments: <ArgO>
};

Arguments對(duì)象是活動(dòng)對(duì)象的一個(gè)屬性，它包括如下屬性：

1. callee — 指向當(dāng)前函數(shù)的引用
2. length — 真正傳遞的參數(shù)個(gè)數(shù)
3. properties-indexes (字符串類型的整數(shù)) 屬性的值就是函數(shù)的參數(shù)值(按參數(shù)列表從左到右排列)。 properties-indexes內(nèi)部元素的個(gè)數(shù)等于arguments.length. properties-indexes 的值和實(shí)際傳遞進(jìn)來的參數(shù)之間是共享的。

例如：

function foo(x, y, z) {

  // 聲明的函數(shù)參數(shù)數(shù)量arguments (x, y, z)
  alert(foo.length); // 3

  // 真正傳進(jìn)來的參數(shù)個(gè)數(shù)(only x, y)
  alert(arguments.length); // 2

  // 參數(shù)的callee是函數(shù)自身
  alert(arguments.callee === foo); // true

  // 參數(shù)共享

  alert(x === arguments[0]); // true
  alert(x); // 10

  arguments[0] = 20;
  alert(x); // 20

  x = 30;
  alert(arguments[0]); // 30

  // 不過，沒有傳進(jìn)來的參數(shù)z，和參數(shù)的第3個(gè)索引值是不共享的

  z = 40;
  alert(arguments[2]); // undefined

  arguments[2] = 50;
  alert(z); // 40

}

foo(10, 20);

這個(gè)例子的代碼，在當(dāng)前版本的Google Chrome瀏覽器里有一個(gè)bug  — 即使沒有傳遞參數(shù)z，z和arguments[2]仍然是共享的。

處理上下文代碼的2個(gè)階段

現(xiàn)在我們終于到了本文的核心點(diǎn)了。執(zhí)行上下文的代碼被分成兩個(gè)基本的階段來處理：

1.     進(jìn)入執(zhí)行上下文
2.     執(zhí)行代碼

變量對(duì)象的修改變化與這兩個(gè)階段緊密相關(guān)。

注：這2個(gè)階段的處理是一般行為，和上下文的類型無關(guān)（也就是說，在全局上下文和函數(shù)上下文中的表現(xiàn)是一樣的）。

進(jìn)入執(zhí)行上下文

當(dāng)進(jìn)入執(zhí)行上下文(代碼執(zhí)行之前)時(shí)，VO里已經(jīng)包含了下列屬性(前面已經(jīng)說了)：

    函數(shù)的所有形參(如果我們是在函數(shù)執(zhí)行上下文中)

    — 由名稱和對(duì)應(yīng)值組成的一個(gè)變量對(duì)象的屬性被創(chuàng)建；沒有傳遞對(duì)應(yīng)參數(shù)的話，那么由名稱和undefined值組成的一種變量對(duì)象的屬性也將被創(chuàng)建。

    所有函數(shù)聲明(FunctionDeclaration, FD)

    —由名稱和對(duì)應(yīng)值（函數(shù)對(duì)象(function-object)）組成一個(gè)變量對(duì)象的屬性被創(chuàng)建；如果變量對(duì)象已經(jīng)存在相同名稱的屬性，則完全替換這個(gè)屬性。

    所有變量聲明(var, VariableDeclaration)

    — 由名稱和對(duì)應(yīng)值（undefined）組成一個(gè)變量對(duì)象的屬性被創(chuàng)建；如果變量名稱跟已經(jīng)聲明的形式參數(shù)或函數(shù)相同，則變量聲明不會(huì)干擾已經(jīng)存在的這類屬性。

讓我們看一個(gè)例子：

function test(a, b) {
  var c = 10;
  function d() {}
  var e = function _e() {};
  (function x() {});
}

test(10); // call

當(dāng)進(jìn)入帶有參數(shù)10的test函數(shù)上下文時(shí)，AO表現(xiàn)為如下：

AO(test) = {
  a: 10,
  b: undefined,
  c: undefined,
  d: <reference to FunctionDeclaration "d">
  e: undefined
};

注意，AO里并不包含函數(shù)“x”。這是因?yàn)椤皒” 是一個(gè)函數(shù)表達(dá)式(FunctionExpression, 縮寫為 FE) 而不是函數(shù)聲明，函數(shù)表達(dá)式不會(huì)影響VO。 不管怎樣，函數(shù)“_e” 同樣也是函數(shù)表達(dá)式，但是就像我們下面將看到的那樣，因?yàn)樗峙浣o了變量 “e”，所以它可以通過名稱“e”來訪問。 函數(shù)聲明FunctionDeclaration與函數(shù)表達(dá)式FunctionExpression 的不同，將在第15章Functions進(jìn)行詳細(xì)的探討，也可以參考本系列第2章揭秘命名函數(shù)表達(dá)式來了解。

這之后，將進(jìn)入處理上下文代碼的第二個(gè)階段 — 執(zhí)行代碼。

代碼執(zhí)行

這個(gè)周期內(nèi)，AO/VO已經(jīng)擁有了屬性(不過，并不是所有的屬性都有值，大部分屬性的值還是系統(tǒng)默認(rèn)的初始值undefined )。

還是前面那個(gè)例子, AO/VO在代碼解釋期間被修改如下：

AO['c'] = 10;
AO['e'] = <reference to FunctionExpression "_e">;

再次注意，因?yàn)镕unctionExpression“_e”保存到了已聲明的變量“e”上，所以它仍然存在于內(nèi)存中。而FunctionExpression “x”卻不存在于AO/VO中，也就是說如果我們想嘗試調(diào)用“x”函數(shù)，不管在函數(shù)定義之前還是之后，都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤“x is not defined”，未保存的函數(shù)表達(dá)式只有在它自己的定義或遞歸中才能被調(diào)用。

另一個(gè)經(jīng)典例子：

alert(x); // function

var x = 10;
alert(x); // 10

x = 20;

function x() {};

alert(x); // 20

為什么第一個(gè)alert “x” 的返回值是function，而且它還是在“x” 聲明之前訪問的“x” 的？為什么不是10或20呢？因?yàn)椋鶕?jù)規(guī)范函數(shù)聲明是在當(dāng)進(jìn)入上下文時(shí)填入的； 同意周期，在進(jìn)入上下文的時(shí)候還有一個(gè)變量聲明“x”，那么正如我們?cè)谏弦粋€(gè)階段所說，變量聲明在順序上跟在函數(shù)聲明和形式參數(shù)聲明之后，而且在這個(gè)進(jìn)入上下文階段，變量聲明不會(huì)干擾VO中已經(jīng)存在的同名函數(shù)聲明或形式參數(shù)聲明，因此，在進(jìn)入上下文時(shí)，VO的結(jié)構(gòu)如下：

VO = {};

VO['x'] = <reference to FunctionDeclaration "x">

// 找到var x = 10;
// 如果function "x"沒有已經(jīng)聲明的話
// 這時(shí)候"x"的值應(yīng)該是undefined
// 但是這個(gè)case里變量聲明沒有影響同名的function的值

VO['x'] = <the value is not disturbed, still function>

緊接著，在執(zhí)行代碼階段，VO做如下修改：

VO['x'] = 10;
VO['x'] = 20;

我們可以在第二、三個(gè)alert看到這個(gè)效果。

在下面的例子里我們可以再次看到，變量是在進(jìn)入上下文階段放入VO中的。(因?yàn)椋m然else部分代碼永遠(yuǎn)不會(huì)執(zhí)行，但是不管怎樣，變量“b”仍然存在于VO中。)

if (true) {
  var a = 1;
} else {
  var b = 2;
}

alert(a); // 1
alert(b); // undefined,不是b沒有聲明，而是b的值是undefined

關(guān)于變量

通常，各類文章和JavaScript相關(guān)的書籍都聲稱：“不管是使用var關(guān)鍵字(在全局上下文)還是不使用var關(guān)鍵字(在任何地方)，都可以聲明一個(gè)變量”。請(qǐng)記住，這是錯(cuò)誤的概念：

任何時(shí)候，變量只能通過使用var關(guān)鍵字才能聲明。

上面的賦值語句：

a = 10;

這僅僅是給全局對(duì)象創(chuàng)建了一個(gè)新屬性(但它不是變量)。“不是變量”并不是說它不能被改變，而是指它不符合ECMAScript規(guī)范中的變量概念，所以它“不是變量”(它之所以能成為全局對(duì)象的屬性，完全是因?yàn)閂O(globalContext) === global，大家還記得這個(gè)吧？)。

讓我們通過下面的實(shí)例看看具體的區(qū)別吧：

alert(a); // undefined
alert(b); // "b" 沒有聲明

b = 10;
var a = 20;

所有根源仍然是VO和進(jìn)入上下文階段和代碼執(zhí)行階段：

進(jìn)入上下文階段：

VO = {
  a: undefined
};

我們可以看到，因?yàn)椤癰”不是一個(gè)變量，所以在這個(gè)階段根本就沒有“b”，“b”將只在代碼執(zhí)行階段才會(huì)出現(xiàn)(但是在我們這個(gè)例子里，還沒有到那就已經(jīng)出錯(cuò)了)。

讓我們改變一下例子代碼：

alert(a); // undefined, 這個(gè)大家都知道，

b = 10;
alert(b); // 10, 代碼執(zhí)行階段創(chuàng)建

var a = 20;
alert(a); // 20, 代碼執(zhí)行階段修改

關(guān)于變量，還有一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)。變量相對(duì)于簡(jiǎn)單屬性來說，變量有一個(gè)特性(attribute)：{DontDelete},這個(gè)特性的含義就是不能用delete操作符直接刪除變量屬性。

a = 10;
alert(window.a); // 10

alert(delete a); // true

alert(window.a); // undefined

var b = 20;
alert(window.b); // 20

alert(delete b); // false

alert(window.b); // still 20

但是這個(gè)規(guī)則在有個(gè)上下文里不起走樣，那就是eval上下文，變量沒有{DontDelete}特性。

eval('var a = 10;');
alert(window.a); // 10

alert(delete a); // true

alert(window.a); // undefined

使用一些調(diào)試工具(例如：Firebug)的控制臺(tái)測(cè)試該實(shí)例時(shí)，請(qǐng)注意，F(xiàn)irebug同樣是使用eval來執(zhí)行控制臺(tái)里你的代碼。因此，變量屬性同樣沒有{DontDelete}特性，可以被刪除。

特殊實(shí)現(xiàn): parent 屬性

前面已經(jīng)提到過，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，活動(dòng)對(duì)象是不可能被直接訪問到的。但是，一些具體實(shí)現(xiàn)并沒有完全遵守這個(gè)規(guī)定，例如SpiderMonkey和Rhino；的實(shí)現(xiàn)中，函數(shù)有一個(gè)特殊的屬性 parent，通過這個(gè)屬性可以直接引用到活動(dòng)對(duì)象（或全局變量對(duì)象），在此對(duì)象里創(chuàng)建了函數(shù)。

例如 (SpiderMonkey, Rhino)：

var global = this;
var a = 10;

function foo() {}

alert(foo.parent); // global

var VO = foo.parent;

alert(VO.a); // 10
alert(VO === global); // true

在上面的例子中我們可以看到，函數(shù)foo是在全局上下文中創(chuàng)建的，所以屬性parent 指向全局上下文的變量對(duì)象，即全局對(duì)象。

然而，在SpiderMonkey中用同樣的方式訪問活動(dòng)對(duì)象是不可能的：在不同版本的SpiderMonkey中，內(nèi)部函數(shù)的parent 有時(shí)指向null ，有時(shí)指向全局對(duì)象。

在Rhino中，用同樣的方式訪問活動(dòng)對(duì)象是完全可以的。

例如 (Rhino)：

var global = this;
var x = 10;

(function foo() {

  var y = 20;

  // "foo"上下文里的活動(dòng)對(duì)象
  var AO = (function () {}).parent;

  print(AO.y); // 20

  // 當(dāng)前活動(dòng)對(duì)象的parent 是已經(jīng)存在的全局對(duì)象
  // 變量對(duì)象的特殊鏈形成了
  // 所以我們叫做作用域鏈
  print(AO.parent === global); // true

  print(AO.parent.x); // 10

})();

總結(jié)

在這篇文章里，我們深入學(xué)習(xí)了跟執(zhí)行上下文相關(guān)的對(duì)象。我希望這些知識(shí)對(duì)您來說能有所幫助，能解決一些您曾經(jīng)遇到的問題或困惑。按照計(jì)劃，在后續(xù)的章節(jié)中，我們將探討作用域鏈，標(biāo)識(shí)符解析，閉包。

有任何問題，我很高興在下面評(píng)論中能幫你解答。

其它參考

• 10.1.3 – Variable Instantiation;
• 10.1.5 – Global Object;
• 10.1.6 – Activation Object;
• 10.1.8 – Arguments Object.