JavaScript运行机制浅探

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JavaScript运行机制浅探

科技小先锋 2017-11-09 00:25:00 浏览669
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从一个简单的问题谈起:


  1. <script type="text/javascript">     
  2. alert(i);   
  3. var i = 1;     
  4. </script>    

输出结果是undefined, 这种现象被称成“预解析”:JavaScript引擎会优先解析var变量和function定义。在预解析完成后,才会执行代码。如果一个文档流中包含多个script代码段(用script标签分隔的js代码或引入的js文件).

 

运行顺序是:

step1. 读入第一个代码段
step2. 做语法分析,有错则报语法错误(比如括号不匹配等),并跳转到step5
step3. 对var变量和function定义做“预解析”(永远不会报错的,因为只解析正确的声明)
step4. 执行代码段,有错则报错(比如变量未定义)
step5. 如果还有下一个代码段,则读入下一个代码段,重复step2
step6. 结束
上面的分析,已经能解释很多问题了,但老觉得欠缺点什么。比如step3里,“预解析”究竟是怎么回事?还有step4里,看下面的例子:


  1. <script type="text/javascript">     
  2. alert(i); // error: i is not defined.     
  3. i = 1;     
  4. </script>    
 

为什么第一句会导致错误?JavaScript中,变量不是可以不定义吗?

编译过程

时间如白马过隙,书柜旁翻开恍如隔世般的《编译原理》,熟悉而又陌生的空白处有着这样的笔记:

对于传统编译型语言来说,编译步骤分为:词法分析、语法分析、语义检查、代码优化和字节生成。
但对于解释型语言来说,通过词法分析和语法分析得到语法树后,就可以开始解释执行了。
简单地说,词法分析是将字符流(char stream)转换为记号流(token stream), 比如将c = a - b;转换为:
 


  1. NAME "c" 
  2. EQUALS  
  3. NAME "a" 
  4. MINUS  
  5. NAME "b" 
  6. SEMICOLON  

上面只是示例,更进一步的了解请查看 Lexical Analysis.

《JavaScript权威指南》的第2章,讲的就是词法结构(Lexical Structure),ECMA-262 中也有描述。词法结构是一门语言的基础,很容易掌握。至于词法分析的实现那是另一个研究领域,在此不探究。

可以拿自然语言来类比,词法分析是一对一的硬性翻译,比如一段英文,逐词翻译成中文,得到的是一堆记号流,还很难理解。进一步的翻译,就需要语法分析了,下图是一个条件语句的语法树:


构造语法树的时候,如果发现无法构造,比如if(a { i = 2; }, 就会报语法错误,并结束整个代码块的解析,这就是本文开头部分的step2.

通过语法分析,构造出语法树后,翻译出来的句子可能还会有模糊不清的地方,接下来还需要进一步的语义检查。对于传统强类型语言来说,语义检查的主要部分是类型检查,比如函数的实参和形参类型是否匹配。对于弱类型语言来说,这一步可能没有(精力有限,没时间去看JS的引擎实现,不敢确定JS引擎中是否有语义检查这一步)。

通过上面的分析可以看出,对于JavaScript引擎来说,肯定有词法分析和语法分析,之后可能还有语义检查、代码优化等步骤,等这些编译步骤完成之后(任何语言都有编译过程,只是解释型语言没有编译成二进制代码),才会开始执行代码。

上面的编译过程,还是无法更深入的解释文章开头部分的“预解析”,我们还得仔细探究下JavaScript代码的执行过程。

执行过程

周爱民在《JavaScript语言精髓与编程实践》的第二部分,对此有非常仔细的分析。下面是我的一些领悟:

通过编译,JavaScript代码已经翻译成了语法树,然后会立刻按照语法树执行。

进一步的执行过程,需要理解JavaScript的作用域机制,JavaScript采用的是词法作用域(lexcical scope)。通俗地讲,就是JavaScript变量的作用域是在定义时决定而不是执行时决定,也就是说词法作用域取决于源码,编译器通过静态分析就能确定,因此词法作用域也叫做静态作用域(static scope)。但需要注意,with和eval的语义无法仅通过静态技术实现,实际上,只能说JS的作用域机制非常接近lexical scope.

JS引擎在执行每个函数实例时,都会创建一个执行环境(execution context)。execution context中包含一个调用对象(call object), 调用对象是一个scriptObject结构,用来保存内部变量表varDecls、内嵌函数表funDecls、父级引用列表upvalue等语法分析结构(注意:varDecls和funDecls等信息是在语法分析阶段就已经得到,并保存在语法树中。函数实例执行时,会将这些信息从语法树复制到 scriptObject上)。scriptObject是与函数相关的一套静态系统,与函数实例的生命周期保持一致。

lexical scope是JS的作用域机制,还需要理解它的实现方法,这就是作用域链(scope chain)。scope chain是一个name lookup机制,首先在当前执行环境的scriptObject中寻找,没找到,则顺着upvalue到父级scriptObject中寻找,一直 lookup到全局调用对象(global object)。

当一个函数实例执行时,会创建或关联到一个闭包(closure)。 scriptObject用来静态保存与函数相关的变量表,closure则在执行期动态保存这些变量表及其运行值。closure的生命周期有可能比函数实例长。函数实例在活动引用为空后会自动销毁,closure则要等要数据引用为空后,由JS引擎回收(有些情况下不会自动回收,就导致了内存泄漏)。

别被上面的一堆名词吓住,一旦理解了执行环境、调用对象、闭包、词法作用域、作用域链这些概念,JS语言的很多现象都能迎刃而解。

小结

至此,对于文章开头部分的疑问,可以解释得很清楚了:

step3中所谓的“预解析”,其实是在step2的语法分析阶段完成,并存储在语法树中。当执行到函数实例时,会将varDelcs和funcDecls从语法树中复制到执行环境的scriptObject上。

step4中,未定义变量意味着在scriptObject的变量表中找不到,JS引擎会沿着scriptObject的upvalue往上寻找,如果都没找到,对于写操作i = 1; 最后就会等价为 window.i = 1; 给window对象新增了一个属性。对于读操作,如果一直追溯到全局执行环境的scriptObject上都找不到,就会产生运行期错误。

理解后,雾散花开,天空一片晴朗。

最后,留个问题给大家:


  1. <script type="text/javascript">     
  2. var arg = 1;     
  3. function foo(arg) {     
  4. alert(arg);     
  5. var arg = 2;     
  6. }     
  7. foo(3);     
  8. </script>   
 

请问alert的输出是什么?


本文转自sucre03 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/sucre/391245,如需转载请自行联系原作者

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