JavaScript的执行机制——变量提升

旧城等待， 2023-01-22 09:54 123阅读 0赞

### 变量提升 ###

*  变量提升（Hoisting）
 *  JavaScript 代码的执行流程
 *   *  1. 编译阶段
     *  2. 执行阶段
     *  代码中出现相同的变量或者函数怎么办？
 *  总结

咱们先看段代码，你觉得下面这段代码输出的结果是什么？

showName()
    console.log(myname)
    var myname = '极客时间'
    function showName() {
        console.log('函数showName被执行');
    }

使用过 JavaScript 开发的程序员应该都知道，JavaScript 是按顺序执行的。若按照这个逻辑来理解的话，那么：

*  当执行到第 1 行的时候，由于函数 showName 还没有定义，所以执行应该会报错；
 *  同样执行第 2 行的时候，由于变量 myname 也未定义，所以同样也会报错。

然而实际执行结果却并非如此， 如下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0MTgyMjg0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
第 1 行输出“函数 showName 被执行”，第 2 行输出“undefined”，这和前面想象中的顺序执行有点不一样啊！

通过上面的执行结果，你应该已经知道了函数或者变量可以在定义之前使用，那如果使用没有定义的变量或者函数，JavaScript 代码还能继续执行吗？为了验证这点，我们可以删除第 3 行变量 myname 的定义，如下所示：

showName()
    console.log(myname)
    function showName() {
        console.log('函数showName被执行');
    }

然后再次执行这段代码时，JavaScript 引擎就会报错，结果如下：  
![在这里插入图片描述][20210519113154121.png_pic_center]  
从上面两段代码的执行结果来看，我们可以得出如下三个结论:

*  在执行过程中，若使用了未声明的变量，那么 JavaScript 执行会报错。
 *  在一个变量定义之前使用它，不会出错，但是该变量的值会为 undefined，而不是定义时的值。
 *  在一个函数定义之前使用它，不会出错，且函数能正确执行。

第一个结论很好理解，因为变量没有定义，这样在执行 JavaScript 代码时，就找不到该变量，所以 JavaScript 会抛出错误。

但是对于第二个和第三个结论，就挺让人费解的：

*  变量和函数为什么能在其定义之前使用？这似乎表明 JavaScript 代码并不是一行一行执行的。
 *  同样的方式，变量和函数的处理结果为什么不一样？比如上面的执行结果，提前使用的 showName 函数能打印出来完整结果，但是提前使用的 myname 变量值却是 undefined，而不是定义时使用的“极客时间”这个值。

# 变量提升（Hoisting） #

要解释这两个问题，你就需要先了解下什么是变量提升。

不过在介绍变量提升之前，我们先通过下面这段代码，来看看什么是 JavaScript 中的声明和赋值。

var myname = '极客时间'

这段代码你可以把它看成是两行代码组成的：

var myname    //声明部分
    myname = '极客时间'  //赋值部分

如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0MTgyMjg0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
上面是变量的声明和赋值，那接下来我们再来看看函数的声明和赋值，结合下面这段代码：

function foo(){
      console.log('foo')
    }
    
    var bar = function(){
      console.log('bar')
    }

第一个函数 foo 是一个完整的函数声明，也就是说没有涉及到赋值操作；第二个函数是先声明变量 bar，再把function()\{console.log(‘bar’)\}赋值给 bar。为了直观理解，你可以参考下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0MTgyMjg0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
好了，理解了声明和赋值操作，那接下来我们就可以聊聊什么是变量提升了。

**所谓的变量提升，是指在 JavaScript 代码执行过程中，JavaScript 引擎把变量的声明部分和函数的声明部分提升到代码开头的“行为”。变量被提升后，会给变量设置默认值，这个默认值就是我们熟悉的 undefined。**

下面我们来模拟下实现：

/* * 变量提升部分 */
    // 把变量 myname提升到开头，
    // 同时给myname赋值为undefined
    var myname = undefined
    // 把函数showName提升到开头
    function showName() { 
        console.log('showName被调用');
    }
    
    /* * 可执行代码部分 */
    showName()
    console.log(myname)
    // 去掉var声明部分，保留赋值语句
    myname = '极客时间'

为了模拟变量提升的效果，我们对代码做了以下调整，如下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0MTgyMjg0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
从图中可以看出，对原来的代码主要做了两处调整：

*  第一处是把声明的部分都提升到了代码开头，如变量 myname 和函数 showName，并给变量设置默认值 undefined；
 *  第二处是移除原本声明的变量和函数，如var myname = '极客时间’的语句，移除了 var 声明，整个移除 showName 的函数声明。

通过这两步，就可以实现变量提升的效果。你也可以执行这段模拟变量提升的代码，其输出结果和第一段代码应该是完全一样的。

通过这段模拟的变量提升代码，相信你已经明白了可以在定义之前使用变量或者函数的原因——**函数和变量在执行之前都提升到了代码开头**。

# JavaScript 代码的执行流程 #

从概念的字面意义上来看，“变量提升”意味着变量和函数的声明会在物理层面移动到代码的最前面，正如我们所模拟的那样。但，这并不准确。**实际上变量和函数声明在代码里的位置是不会改变的，而且是在编译阶段被 JavaScript 引擎放入内存中**。对，你没听错，一段 JavaScript 代码在执行之前需要被 JavaScript 引擎编译，编译完成之后，才会进入执行阶段。大致流程你可以参考下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0MTgyMjg0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]

## 1. 编译阶段 ##

那么编译阶段和变量提升存在什么关系呢？

为了搞清楚这个问题，我们还是回过头来看上面那段模拟变量提升的代码，为了方便介绍，可以把这段代码分成两部分。

第一部分：变量提升部分的代码。

var myname = undefined
    function showName() {
        console.log('函数showName被执行');
    }

第二部分：执行部分的代码。

showName()
    console.log(myname)
    myname = '极客时间'

下面我们就可以把 JavaScript 的执行流程细化，如下图所示：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0MTgyMjg0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]  
从上图可以看出，输入一段代码，经过编译后，会生成两部分内容：执行上下文（Execution context）和可执行代码。

执行上下文是 JavaScript 执行一段代码时的运行环境，比如调用一个函数，就会进入这个函数的执行上下文，确定该函数在执行期间用到的诸如 this、变量、对象以及函数等。

关于执行上下文的细节，我会在下一篇文章《08 | 调用栈：为什么 JavaScript 代码会出现栈溢出？》做详细介绍，现在你只需要知道，在执行上下文中存在一个变量环境的对象（Viriable Environment），该对象中保存了变量提升的内容，比如上面代码中的变量 myname 和函数 showName，都保存在该对象中。

你可以简单地把变量环境对象看成是如下结构：

VariableEnvironment:
         myname -> undefined, 
         showName ->function : {console.log(myname)

了解完变量环境对象的结构后，接下来，我们再结合下面这段代码来分析下是如何生成变量环境对象的。

showName()
    console.log(myname)
    var myname = '极客时间'
    function showName() {
        console.log('函数showName被执行');
    }

我们可以一行一行来分析上述代码：

*  第 1 行和第 2 行，由于这两行代码不是声明操作，所以 JavaScript 引擎不会做任何处理；
 *  第 3 行，由于这行是经过 var 声明的，因此 JavaScript 引擎将在环境对象中创建一个名为 myname 的属性，并使用 undefined 对其初始化；
 *  第 4 行，JavaScript 引擎发现了一个通过 function 定义的函数，所以它将函数定义存储到堆 (HEAP）中，并在环境对象中创建一个 showName 的属性，然后将该属性值指向堆中函数的位置（不了解堆也没关系，JavaScript 的执行堆和执行栈我会在后续文章中介绍）。

这样就生成了变量环境对象。接下来 JavaScript 引擎会把声明以外的代码编译为字节码，至于字节码的细节，我也会在后面文章中做详细介绍，你可以类比如下的模拟代码：

showName()
    console.log(myname)
    myname = '极客时间'

好了，现在有了执行上下文和可执行代码了，那么接下来就到了执行阶段了。

## 2. 执行阶段 ##

JavaScript 引擎开始执行“可执行代码”，按照顺序一行一行地执行。下面我们就来一行一行分析下这个执行过程：

*  当执行到 showName 函数时，JavaScript 引擎便开始在变量环境对象中查找该函数，由于变量环境对象中存在该函数的引用，所以 JavaScript 引擎便开始执行该函数，并输出“函数 showName 被执行”结果。
 *  接下来打印“myname”信息，JavaScript 引擎继续在变量环境对象中查找该对象，由于变量环境存在 myname 变量，并且其值为 undefined，所以这时候就输出 undefined。
 *  接下来执行第 3 行，把“极客时间”赋给 myname 变量，赋值后变量环境中的 myname 属性值改变为“极客时间”，变量环境如下所示：

VariableEnvironment:
         myname -> "极客时间", 
         showName ->function : {console.log(myname)

好了，以上就是一段代码的编译和执行流程 。

## 代码中出现相同的变量或者函数怎么办？ ##

现在你已经知道了，在执行一段 JavaScript 代码之前，会编译代码，并将代码中的函数和变量保存到执行上下文的变量环境中，那么如果代码中出现了重名的函数或者变量，JavaScript 引擎会如何处理？

我们先看下面这样一段代码：

function showName() {
        console.log('极客邦');
    }
    showName();
    function showName() {
        console.log('极客时间');
    }
    showName();

在上面代码中，我们先定义了一个 showName 的函数，该函数打印出来“极客邦”；然后调用 showName，并定义了一个 showName 函数，这个 showName 函数打印出来的是“极客时间”；最后接着继续调用 showName。那么你能分析出来这两次调用打印出来的值是什么吗？

我们来分析下其完整执行流程：

*  首先是编译阶段。遇到了第一个 showName 函数，会将该函数体存放到变量环境中。接下来是第二个 showName 函数，继续存放至变量环境中，但是变量环境中已经存在一个 showName 函数了，此时，第二个 showName 函数会将第一个 showName 函数覆盖掉。这样变量环境中就只存在第二个 showName 函数了。
 *  接下来是执行阶段。先执行第一个 showName 函数，但由于是从变量环境中查找 showName 函数，而变量环境中只保存了第二个 showName 函数，所以最终调用的是第二个函数，打印的内容是“极客时间”。第二次执行 showName 函数也是走同样的流程，所以输出的结果也是“极客时间”。

综上所述，一段代码如果定义了两个相同名字的函数，那么最终生效的是最后一个函数。

# 总结 #

好了，今天就到这里，下面我来简单总结下今天的主要内容：

*  JavaScript 代码执行过程中，需要先做变量提升，而之所以需要实现变量提升，是因为 JavaScript 代码在执行之前需要先编译。
 *  在编译阶段，变量和函数会被存放到变量环境中，变量的默认值会被设置为 undefined；在代码执行阶段，JavaScript 引擎会从变量环境中去查找自定义的变量和函数。
 *  如果在编译阶段，存在两个相同的函数，那么最终存放在变量环境中的是最后定义的那个，这是因为后定义的会覆盖掉之前定义的。

以上就是今天所讲的主要内容，当然，学习这些内容并不是让你掌握一些 JavaScript 小技巧，其主要目的是让你清楚 JavaScript 的执行机制：先编译，再执行。

*注释：本文章借鉴于李兵老师的《浏览器工作原理和实践》课程，希望自己通过总结，更有助于理解，也方便日后再学习；*

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