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  • 前端基础进阶(六):在chrome开发者工具中观察函数调用栈、作用域链与闭包

    在前端开发中,有一个非常重要的技能,叫做断点调试。

    在chrome的开发者工具中,通过断点调试,我们能够非常方便的一步一步的观察JavaScript的执行过程,直观感知函数调用栈,作用域链,变量对象,闭包,this等关键信息的变化。因此,断点调试对于快速定位代码错误,快速了解代码的执行过程有着非常重要的作用,这也是我们前端开发者必不可少的一个高级技能。

    当然如果你对JavaScript的这些基础概念(执行上下文,变量对象,闭包,this等)了解还不够的话,想要透彻掌握断点调试可能会有一些困难。但是好在在前面几篇文章,我都对这些概念进行了详细的概述,因此要掌握这个技能,对大家来说,应该是比较轻松的。

    这篇文章的主要目的在于借助对于断点调试的学习,来进一步加深对闭包的理解。

    一、基础概念回顾

    函数在被调用执行时,会创建一个当前函数的执行上下文。在该执行上下文的创建阶段,变量对象、作用域链、闭包、this指向会分别被确定。而一个JavaScript程序中一般来说会有多个函数,JavaScript引擎使用函数调用栈来管理这些函数的调用顺序。函数调用栈的调用顺序与栈数据结构一致。

    二、认识断点调试工具

    在尽量新版本的chrome浏览器中(不确定你用的老版本与我的一致),调出chrome浏览器的开发者工具。

    浏览器右上角竖着的三点 -> 更多工具 -> 开发者工具 -> Sources
    

    界面如图。

    断点调试界面

    在我的demo中,我把代码放在app.js中,在index.html中引入。我们暂时只需要关注截图中红色箭头的地方。在最右侧上方,有一排图标。我们可以通过使用他们来控制函数的执行顺序。从左到右他们依次是:

    • resume/pause script execution
      恢复/暂停脚本执行

    • step over next function call
      跨过,实际表现是不遇到函数时,执行下一步。遇到函数时,不进入函数直接执行下一步。

    • step into next function call
      跨入,实际表现是不遇到函数时,执行下一步。遇到到函数时,进入函数执行上下文。

    • step out of current function
      跳出当前函数

    • deactivate breakpoints
      停用断点

    • don‘t pause on exceptions
      不暂停异常捕获

    其中跨过,跨入,跳出是我使用最多的三个操作。

    上图右侧第二个红色箭头指向的是函数调用栈(call Stack),这里会显示代码执行过程中,调用栈的变化。

    右侧第三个红色箭头指向的是作用域链(Scope),这里会显示当前函数的作用域链。其中Local表示当前的局部变量对象,Closure表示当前作用域链中的闭包。借助此处的作用域链展示,我们可以很直观的判断出一个例子中,到底谁是闭包,对于闭包的深入了解具有非常重要的帮助作用。

    三、断点设置

    在显示代码行数的地方点击,即可设置一个断点。断点设置有以下几个特点:

    • 在单独的变量声明(如果没有赋值),函数声明的那一行,无法设置断点。

    • 设置断点后刷新页面,JavaScript代码会执行到断点位置处暂停执行,然后我们就可以使用上边介绍过的几个操作开始调试了。

    • 当你设置多个断点时,chrome工具会自动判断从最早执行的那个断点开始执行,因此我一般都是设置一个断点就行了。

    四、实例

    接下来,我们借助一些实例,来使用断点调试工具,看一看,我们的demo函数,在执行过程中的具体表现。

    // demo01
    
    var fn;
    function foo() {
        var a = 2;
        function baz() {
            console.log( a );
        }
        fn = baz;
    }
    function bar() {
        fn();
    }
    
    foo();
    bar(); // 2
    

    在向下阅读之前,我们可以停下来思考一下,这个例子中,谁是闭包?

    这是来自《你不知道的js》中的一个例子。由于在使用断点调试过程中,发现chrome浏览器理解的闭包与该例子中所理解的闭包不太一致,因此专门挑出来,供大家参考。我个人更加倾向于chrome中的理解。

    • 第一步:设置断点,然后刷新页面。

    设置断点

    • 第二步:点击上图红色箭头指向的按钮(step into),该按钮的作用会根据代码执行顺序,一步一步向下执行。在点击的过程中,我们要注意观察下方call stack 与 scope的变化,以及函数执行位置的变化。

    一步一步执行,当函数执行到上例子中
    baz函数被调用执行,foo形成了闭包

    我们可以看到,在chrome工具的理解中,由于在foo内部声明的baz函数在调用时访问了它的变量a,因此foo成为了闭包。这好像和我们学习到的知识不太一样。我们来看看在《你不知道的js》这本书中的例子中的理解。

    你不知道的js中的例子

    书中的注释可以明显的看出,作者认为fn为闭包。即baz,这和chrome工具中明显是不一样的。

    而在备受大家推崇的《JavaScript高级编程》一书中,是这样定义闭包。

    JavaScript高级编程中闭包的定义

    书中作者将自己理解的闭包与包含函数所区分

    这里chrome中理解的闭包,与我所阅读的这几本书中的理解的闭包不一样。其实在之前对于闭包分析的文章中,我已经有对这种情况做了一个解读。闭包详解

    闭包是一个特殊对象,它由执行上下文(代号A)与在该执行上下文中创建的函数(代号B)共同组成。

    当B执行时,如果访问了A中变量对象中的值,那么闭包就会产生。

    那么在大多数理解中,包括许多著名的书籍,文章里都以函数B的名字代指这里生成的闭包。而在chrome中,则以执行上下文A的函数名代指闭包。

    我们修改一下demo01中的例子,来看看一个非常有意思的变化。

    // demo02
    var fn;
    var m = 20;
    function foo() {
        var a = 2;
        function baz(a) {
            console.log(a);
        }
        fn = baz;
    }
    function bar() {
        fn(m);
    }
    
    foo();
    bar(); // 20
    

    这个例子在demo01的基础上,我在baz函数中传入一个参数,并打印出来。在调用时,我将全局的变量m传入。输出结果变为20。在使用断点调试看看作用域链。

    闭包没了,作用域链中没有包含foo了。

    是不是结果有点意外,闭包没了,作用域链中没有包含foo了。我靠,跟我们理解的好像又有点不一样。所以通过这个对比,我们可以确定闭包的形成需要两个条件。

    • 在函数内部创建新的函数;
    • 新的函数在执行时,访问了函数的变量对象;

    还有更有意思的。

    我们继续来看看一个例子。

    // demo03
    
    function foo() {
        var a = 2;
    
        return function bar() {
            var b = 9;
    
            return function fn() {
                console.log(a);
            }
        }
    }
    
    var bar = foo();
    var fn = bar();
    fn();
    

    在这个例子中,fn只访问了foo中的a变量,因此它的闭包只有foo。

    闭包只有foo

    修改一下demo03,我们在fn中也访问bar中b变量试试看。

    // demo04
    
    function foo() {
        var a = 2;
    
        return function bar() {
            var b = 9;
    
            return function fn() {
                console.log(a, b);
            }
        }
    }
    
    var bar = foo();
    var fn = bar();
    fn();
    

    这个时候闭包变成了两个

    这个时候,闭包变成了两个。分别是bar,foo。

    我们知道,闭包在模块中的应用非常重要。因此,我们来一个模块的例子,也用断点工具来观察一下。

    // demo05
    (function() {
    
        var a = 10;
        var b = 20;
    
        var test = {
            m: 20,
            add: function(x) {
                return a + x;
            },
            sum: function() {
                return a + b + this.m;
            },
            mark: function(k, j) {
                return k + j;
            }
        }
    
        window.test = test;
    
    })();
    
    test.add(100);
    test.sum();
    test.mark();
    
    var _mark = test.mark;
    _mark();
    

    add执行时,闭包为外层的自执行函数,this指向test

    sum执行时,同上

    mark执行时,闭包为外层的自执行函数,this指向test

    \_mark执行时,闭包为外层的自执行函数,this指向window

    注意:这里的this指向显示为Object或者Window,大写开头,他们表示的是实例的构造函数,实际上this是指向的具体实例

    test.mark能形成闭包,跟下面的补充例子(demo07)情况是一样的。

    我们还可以结合点断调试的方式,来理解那些困扰我们很久的this指向。随时观察this的指向,在实际开发调试中非常有用。

    // demo06
    
    var a = 10;
    var obj = {
        a: 20
    }
    
    function fn () {
        console.log(this.a);
    }
    
    fn.call(obj); // 20
    

    this指向obj

    最后继续补充一个例子。

    // demo07
    function foo() {
        var a = 10;
    
        function fn1() {
            return a;
        }
    
        function fn2() {
            return 10;
        }
    
        fn2();
    }
    
    foo();
    

    这个例子,和其他例子不太一样。虽然fn2并没有访问到foo的变量,但是foo执行时仍然变成了闭包。而当我将fn1的声明去掉时,闭包便不会出现了。

    那么结合这个特殊的例子,我们可以这样这样定义闭包。

    闭包是指这样的作用域(foo),它包含有一个函数(fn1),这个函数(fn1)可以调用被这个作用域所封闭的变量(a)、函数、或者闭包等内容。通常我们通过闭包所对应的函数来获得对闭包的访问。

    更多的例子,大家可以自行尝试,总之,学会了使用断点调试之后,我们就能够很轻松的了解一段代码的执行过程了。这对快速定位错误,快速了解他人的代码都有非常巨大的帮助。大家一定要动手实践,把它给学会。

    最后,根据以上的摸索情况,再次总结一下闭包:

    • 闭包是在函数被调用执行的时候才被确认创建的。

    • 闭包的形成,与作用域链的访问顺序有直接关系。

    • 只有内部函数访问了上层作用域链中的变量对象时,才会形成闭包,因此,我们可以利用闭包来访问函数内部的变量。

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