JavaScript执行上下文详解：创建阶段、激活阶段与Hoisting原理

执行上下文概述

本文将深入剖析JavaScript的核心机制之一：执行上下文（Execution Context）。阅读完毕后，你将更清晰地理解解释器的工作方式，包括为何能在声明前调用某些函数或变量，以及这些值的确定过程。

什么是执行上下文？

JavaScript的执行环境至关重要。当代码执行时，会被预处理为以下三种类型之一：

全局代码（Global code）：这是代码首次执行时的默认环境。
函数代码（Function code）：每当执行流程进入函数体时触发。
Eval代码（Eval code）：用于在eval函数内执行的文本。

尽管网上有大量关于作用域的讨论，但为了便于理解，我们可以将“执行上下文”视为当前代码的运行环境或作用域。接下来，我们将通过一个包含全局和函数（局部）上下文的代码示例来具体说明。

执行上下文概述

这里没有特殊之处，紫色边框代表全局上下文，而绿色、蓝色和橙色边框分别代表三个不同的函数上下文。整个程序中只能存在一个全局上下文，但可以从程序中的任何其他上下文访问它。

你可以拥有任意数量的函数上下文，每次函数调用都会创建一个新的上下文，从而形成一个私有作用域。这意味着当前函数作用域外无法直接访问函数内部声明的内容。在上面的示例中，函数可以访问其当前上下文之外声明的变量，但外部上下文无法访问在其中声明的变量或函数。为什么会这样？这段代码究竟是如何处理的？

执行上下文堆栈机制

执行上下文堆栈（Execution Context Stack）

浏览器中的JavaScript解释器被实现为单线程。这意味着在浏览器中一次只能执行一个任务，其他动作或事件会在所谓的执行堆栈中排队。下图展示了单线程堆栈的抽象视图：

执行上下文概述

我们知道，当浏览器首次加载脚本时，默认进入全局上下文执行。如果在全局代码中调用函数，程序的顺序流会进入被调用的函数，创建新的执行上下文并将其推送到执行堆栈的顶部。

如果在当前函数中调用另一个函数，会发生同样的情况。代码的执行流程进入内部函数，该函数创建一个新的执行上下文，并将其推送到现有堆栈的顶部。浏览器始终执行位于堆栈顶部的当前执行上下文。一旦函数执行完当前上下文，它将从栈顶弹出，并将控制权返回到栈中的下一个上下文。下面的示例展示了递归函数和程序的执行堆栈：


(function foo(i) {
  if (i === 3) {
    return;
  }
  else {
    foo(++i);
  }
}(0));

执行上下文概述

代码简单地调用自身3次，并将i的值递增1。每次调用函数foo时，都会创建一个新的执行上下文。一旦上下文完成执行，它就会弹出堆栈，并将控制权返回到它下面的上下文，直到再次达到全局上下文。

关于执行堆栈（execution stack）有5个关键要点：

单线程。
同步执行。
一个全局上下文。
任意多个函数上下文。
每个函数调用都会创建一个新的执行上下文（execution context），即使是对自身的调用。

执行上下文的创建与执行阶段

执行上下文的细节

现在我们知道每次调用一个函数时，都会创建一个新的执行上下文。但是，在JavaScript解释器中，对执行上下文的每次调用包含两个阶段：

创建阶段 [调用函数时，但在执行任何代码之前]：

创建作用域链。
创建变量、函数和参数。
确定“this”的值。

激活/代码执行阶段：

分配值、引用函数并解释/执行代码。

我们可以将每个执行上下文在概念上表示为具有3个属性的对象：


executionContextObj = {
  'scopeChain': { /* variableObject + 所有父执行上下文的variableObject */ },
  'variableObject': { /* 函数实参/形参，内部变量和函数声明 */ },
  'this': {}
}

激活对象/变量对象 [AO/VO]。

在调用该函数且实际执行函数之前，会创建这个executionContextObj。这被称为第1阶段，即创造阶段。此时解释器通过扫描函数传递的实参或形参、本地函数声明和局部变量声明来创建executionContextObj。此扫描的结果将成为executionContextObj中的variableObject。

以下是解释器如何预处理代码的伪代码概述：

1. 找到要调用的函数代码。

2. 在执行功能代码之前，创建执行上下文。

3. 进入创建阶段：

① 初始化作用域链。

② 创建variable object：

创建arguments object，检查参数的上下文，初始化名称和值并创建引用副本。
扫描上下文以获取函数声明：
对于找到的每个函数，在variable object中创建一个属性，该属性是函数的确切名称，该属性存在指向内存中函数的引用指针。
如果函数名已存在，则将覆盖引用指针值。
扫描上下文以获取变量声明：
对于找到的每个变量声明，在variable object中创建一个属性作为变量名称，并将该值初始化为undefined。
如果变量名称已存在于variable object中，则不执行任何操作并继续扫描。

③ 确定上下文中“this”的值。

4. 激活/执行阶段：

在上下文中运行/解释函数代码，并在代码逐行执行时分配变量值。

我们来看一个例子：


function foo(i) {
  var a = 'hello';
  var b = function privateB() {
  };
  function c() {
  }
}
foo(22);

在调用foo(22)时，创建阶段如下所示：


fooExecutionContext = {
  scopeChain: { ... },
  variableObject: {
    arguments: {
      0: 22,
      length: 1
    },
    i: 22,
    c: pointer to function c()
    a: undefined,
    b: undefined
  },
  this: { ... }
}

如你所见，创建阶段处理定义属性的名称，而不是为它们赋值，但正式的形参/实参除外。创建阶段完成后，执行流程进入函数，激活/代码执行阶段在函数执行完毕后如下所示：


fooExecutionContext = {
  scopeChain: { ... },
  variableObject: {
    arguments: {
      0: 22,
      length: 1
    },
    i: 22,
    c: pointer to function c()
    a: 'hello',
    b: pointer to function privateB()
  },
  this: { ... }
}

变量提升（Hoisting）原理解析

关于hoisting（变量提升）

你可以找到许多使用JavaScript定义术语hoisting的在线资源，解释变量和函数声明被hoisting到其函数范围的顶部。但是没有人能够详细解释为什么会发生这种情况，掌握了关于解释器如何创建激活对象的新知识，很容易理解为什么。请看下面的代码示例：


(function() {
  console.log(typeof foo); // function pointer
  console.log(typeof bar); // undefined
  var foo = 'hello',
    bar = function() {
      return 'world';
    };
  function foo() {
    return 'hello';
  }
}());

我们现在可以回答的问题是：

为什么我们可以在声明foo之前就能访问？

如果我们理解了创建阶段，就知道在激活/代码执行阶段之前已经创建了变量。因此，当函数流开始执行时，已经在激活对象中定义了foo。

Foo被声明两次，为什么foo显示为function而不是undefined或string？

即使foo被声明两次，我们通过创建阶段知道函数在变量之前就被创建在激活对象上了，而且如果激活对象上已经存在了属性名称，我们只是绕过了声明这一步骤。
因此，首先在激活对象上创建对函数foo()的引用，并且当解释器到达var foo时，我们已经看到属性名称foo存在，因此代码不执行任何操作并继续处理。

为什么bar未定义？

bar实际上是一个具有函数赋值的变量，我们知道变量是在创建阶段被创建的，但它们是使用undefined值初始化的。

希望到这里你已经能够很好地掌握了JavaScript解释器如何预处理你的代码。理解执行上下文和堆栈可以让你了解背后的原因：为什么代码预处理后的值和你预期的不一样。

你认为学习解释器的内部工作原理是多此一举还是非常必要的呢？了解执行上下文阶段是否能够帮你写出更好的JavaScript呢？

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，谢谢大家对本站的支持。如果你想了解更多相关内容请查看下面相关链接

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