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JS學(xué)習(xí)系列 01 - 編譯原理和作用域

jkyin / 2774人閱讀

摘要：的抽象語法樹中可能如下圖所示代碼生成將轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行代碼的過程被稱為代碼生成。如果是，編譯器會忽略該聲明，繼續(xù)進(jìn)行編譯，否則它會要求在當(dāng)前作用域的集合中聲明一個(gè)新的變量，并命名為。

在學(xué)習(xí) javascript 的過程中，我們第一步最應(yīng)該了解和掌握的就是作用域，與之相關(guān)還有程序是怎么編譯的，變量是怎么查找的，js 引擎是什么，引擎和作用域的關(guān)系又是什么，這些是 javascript 這門語言最基礎(chǔ)的地基，至于對象、函數(shù)、閉包、原型鏈、作用域鏈以及設(shè)計(jì)模式等等都是地基以上的建筑，只有地基打牢了，建筑才會穩(wěn)。同樣只有先把最基礎(chǔ)的部分掌握了，之后的擴(kuò)展學(xué)習(xí)才會更容易。

這一節(jié)我要說的，就是作用域和編譯原理，從這里開始，我會一點(diǎn)點(diǎn)的把深入學(xué)習(xí) javascript 的過程中總結(jié)的知識點(diǎn)以及遇到的問題，一篇一篇的梳理出來，如果有志同道合的朋友，可以關(guān)注我這個(gè)系列，我們一起玩轉(zhuǎn) javascript。

1. 編譯原理

大家通常把 javascript 歸類為一種“動態(tài)”或“解釋執(zhí)行”的語言，但事實(shí)上，它是一門編譯語言，但和傳統(tǒng)的編譯語言不同，它不是提前編譯的，編譯結(jié)果也不能進(jìn)行移植。

在傳統(tǒng)編譯語言中，程序在執(zhí)行之前會經(jīng)歷三個(gè)步驟，統(tǒng)稱為“編譯”：

分詞/詞法分析

這個(gè)過程會把字符串分解成有意義的代碼塊，這些代碼塊被稱為詞法單元。
例如 var a = 5; 這段程序通常會被分解成下面這些詞法單元： var、a、=、5、; 。空格是否會被當(dāng)成詞法單元取決于空格在這門語言中是否有意義。

解析/語法分析

這個(gè)過程是將詞法單元流（數(shù)組）轉(zhuǎn)換成一個(gè)由元素逐級嵌套所組成的代表了程序語法結(jié)構(gòu)的樹。這個(gè)樹被稱為“抽象語法樹”（Abstract Syntax Tree，AST）。
var a = 5; 的抽象語法樹中可能如下圖所示：

代碼生成

將 AST 轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行代碼的過程被稱為代碼生成。這個(gè)過程與語言、目標(biāo)平臺等息息相關(guān)。簡單來說，就是通過某種方法可以將 var a = 5; 的 AST 轉(zhuǎn)化為一組機(jī)器指令，用來創(chuàng)建一個(gè)叫做 a 的變量（包括分配內(nèi)存等），并將一個(gè)值 5 存儲在 a 中。

比起那些編譯過程只有三個(gè)步驟的語言的編譯器來說，javascript 引擎要復(fù)雜的多。
例如，在詞法分析和代碼生成階段有特定的步驟來對運(yùn)行性能進(jìn)行優(yōu)化，包括對冗余元素進(jìn)行優(yōu)化等。

首先我們要清楚，javaScript 引擎不會有太多的時(shí)間來進(jìn)行優(yōu)化（相對于其它語言的編譯器來說），因?yàn)榕c其它語言不同，javascript 的編譯過程不是發(fā)生在構(gòu)建之前的。

對于 javascript 來說，大部分情況下編譯發(fā)生在代碼執(zhí)行前的幾微秒（甚至更短）的時(shí)間內(nèi)。在我們將要討論的作用域背后，javascript 引擎用盡了各種辦法（比如 JIT，可以延遲編譯甚至重新編譯）來保證性能最佳。

總結(jié)來說，任何 javascript 代碼片段在執(zhí)行前都要進(jìn)行編譯（預(yù)編譯）。因此，javascript 編譯器首先會對 var a = 5; 這段程序進(jìn)行編譯，然后做好執(zhí)行它的準(zhǔn)備，并且通常馬上就會執(zhí)行它。

2. 三位好友

要真正理解作用域，我們首先要知道 javascript 中有三位好朋友：

引擎

從頭到尾負(fù)責(zé)整個(gè) javascript 程序的編譯及執(zhí)行過程。

編譯器

負(fù)責(zé)語法分析及代碼生成。

作用域

負(fù)責(zé)收集并維護(hù)由所有聲明的標(biāo)識符（變量）組成的一系列查詢，并實(shí)施一套非常嚴(yán)格的規(guī)則，確定當(dāng)前執(zhí)行的代碼對這些標(biāo)識符的訪問權(quán)限。

當(dāng)遇見 var a = 5; 這一段代碼時(shí)，其實(shí)執(zhí)行了兩個(gè)步驟：

（1）var a; 編譯器會詢問作用域是否已經(jīng)有一個(gè)該名稱的變量存在于同一作用域的集合中。如果是，編譯器會忽略該聲明，繼續(xù)進(jìn)行編譯，否則它會要求在當(dāng)前作用域的集合中聲明一個(gè)新的變量，并命名為 a 。
（2）a = 5; 編譯器會為引擎生成運(yùn)行時(shí)所需的代碼，這些代碼用來處理 a = 5; 這個(gè)賦值操作。引擎運(yùn)行時(shí)會首先詢問作用域，在當(dāng)前作用域的集合中是否存在一個(gè)叫作 a 的變量，如果是，引擎就會使用這個(gè)變量。如果否，引擎會繼續(xù)向父級作用域中查找，直到找到全局作用域，如果在全局作用域中仍沒有找到 a ，那么在非嚴(yán)格模式下，引擎會為全局對象新建一個(gè)屬性 a ，并將其賦值為5，在嚴(yán)格模式下，引擎會報(bào)錯誤 ReferenceError: a is not defined。

總結(jié)來說，變量的賦值會執(zhí)行兩個(gè)操作，首先編譯器會在當(dāng)前作用域聲明一個(gè)變量（如果之前沒有聲明過），然后在運(yùn)行時(shí)引擎會在當(dāng)前作用域中查找該變量（找不到就向上一級作用域查找），如果能夠找到就會對它賦值。

3. LHS 和 RHS

前面說到引擎在為變量賦值的時(shí)候會在作用域中查找變量，但是執(zhí)行怎樣的查找，用什么方式，會對最終的查找結(jié)果造成影響。

在 var a = 5; 這個(gè)例子中，引擎會對 a 進(jìn)行 LHS 查詢，當(dāng)然，另外一個(gè)查找類型叫作 RHS。

對變量進(jìn)行賦值所執(zhí)行的查詢叫 LHS。
找到并使用變量值所執(zhí)行的查詢叫 RHS。

舉個(gè)例子：

function foo(a) {
   // 這里隱式包含了 a = 2 這個(gè)賦值，所以對 a 進(jìn)行了 LHS 查詢
   var b = a;
   // 這里對 a 進(jìn)行了 RHS 查詢，找到 a 的值，然后對 b 進(jìn)行 LHS 查詢，把 2 賦值給 b
   return a + b; 
   // 這里包含了對 a 和 b 進(jìn)行的 RHS 查詢
}

var c = foo(2);
// 這里首先對 foo 進(jìn)行 RHS 查詢，找到它是一個(gè)函數(shù)，然后對 c 進(jìn)行 LHS 查詢把 foo 賦值給 c

所以上面的例子共包含 3 個(gè) LHS 查詢和 4 個(gè) RHS 查詢，你們都找對了嗎？

4. 作用域嵌套

當(dāng)一個(gè)塊或函數(shù)嵌套在另一個(gè)塊或函數(shù)中時(shí)，就發(fā)生了作用域嵌套。因此，在當(dāng)前作用域中無法找到某個(gè)變量時(shí)，引擎就會在外層嵌套的作用域中繼續(xù)查找，直到找到該變量，或抵達(dá)最外層的作用域（也就是全局作用域）為止。

舉個(gè)例子：

function foo(a) {
   console.log(a + b);
}

var b = 2;

foo(2);    // 4

這里對 b 進(jìn)行的 RHS 查詢在 foo 作用域中無法找到，但可以在上一級作用域（這個(gè)例子中就是全局作用域）中找到。

總結(jié)來說，遍歷嵌套作用域鏈的規(guī)則很簡單：引擎從當(dāng)前執(zhí)行的作用域中開始查找變量，如果都找不到，就向上一級繼續(xù)查找。當(dāng)?shù)诌_(dá)最外層的全局作用域時(shí)，無論找到還是沒找到，查找過程都會停止。

5. 總結(jié)

編譯器、引擎和作用域是 javascript 代碼執(zhí)行的基礎(chǔ)，掌握好這些會對我們深入學(xué)習(xí) javascript 起到事半功倍的效果，我們的學(xué)習(xí)之路才剛剛開始，大家加油！

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參考文章

《你不知道的JavaScript》

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