一起Polyfill系列：Function.prototype.bind的四个阶段

2017-09-20 991

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简介：

昨天边参考es5-shim边自己实现Function.prototype.bind，发现有不少以前忽视了的地方，这里就作为一个小总结吧。

一、Function.prototype.bind的作用

其实它就是用来静态绑定函数执行上下文的this属性，并且不随函数的调用方式而变化。
示例：

test('Function.prototype.bind', function(){
   function orig(){
     return this.x;
   };
   var bound = orig.bind({x: 'bind'});
   equal(bound(), 'bind', 'invoke directly');
   equal(bound.call({x: 'call'}), 'bind', 'invoke by call');
   equal(bound.apply({x: 'apply'}), 'bind', 'invoke by apply');
});

二、浏览器支持

Function.prototype.bind是ES5的API，所以坑爹的IE6/7/8均不支持，所以才有了自己实现的需求。

三、实现：

第一阶段

只要在百度搜Function.prototype.bind的实现，一般都能搜到这段代码。

Function.prototype.bind = Function.prototype.bind
   || function(){
     var fn = this, presetArgs = [].slice.call(arguments); 
     var context = presetArgs.shift();
     return function(){
       return fn.apply(context, presetArgs.concat([].slice.call(arguments)));
     };
   };

它能恰好的实现Function.prototype.bind的功能定义，但通过看es5-shim源码就会发现这种方式忽略了一些细节。

第二阶段

被忽略的细节1：函数的length属性，用于表示函数的形参。
而第一阶段的实现方式，调用bind所返回的函数的length属性只能为0，而实际上应该为fn.length-presetArgs.length才对啊。所以es5-shim里面就通过bound.length=Math.max(fn.length-presetArgs.length, 0)的方式重设length属性。
被忽略的细节2：函数的length属性值是不可重写的，使用现代浏览器执行下面的代码验证吧！
```
   test('function.length is not writable', function(){
 function doStuff(){}
 ok(!Object.getOwnPropertyDescriptor(doStuff, 'length').writable, 'function.length is not writable');
   });
```
因此es5-shim中的实现方式是无效的。既然不能修改length的属性值，那么在初始化时赋值总可以吧，也就是定义函数的形参个数！于是我们可通过eval和new Function的方式动态定义函数来。

被忽略的细节3：eval和new Function中代码的执行上下文的区别。
简单来说在函数体中调用eval，其代码的执行上下文会指向当前函数的执行上下文；而new Function或Function中代码的执行上下文将一直指向全局的执行上下文。
举个栗子：

   var x = 'global';
   void function(){
 var x = 'local';
 eval('console.log(x);'); // 输出local
 (new Function('console.log(x);'))(); // 输出global
   }();

因此这里我们要是用eval来动态定义函数了。
具体实现：

Function.prototype.bind = Function.prototype.bind
   || function(){
 var fn = this, presetArgs = [].slice.call(arguments); 
 var context = presetArgs.shift();
 var strOfThis = fn.toString(); // 函数反序列化，用于获取this的形参
 var fpsOfThis = /^function[^()]*\((.*?)\)/i.exec(strOfThis)[1].trim().split(',');// 获取this的形参
 var lengthOfBound = Math.max(fn.length - presetArgs.length, 0);
 var boundArgs = lengthOfBound && fpsOfThis.slice(presetArgs.length) || [];// 生成bound的形参
 eval('function bound(' 
 + boundArgs.join(',')
 + '){'
 + 'return fn.apply(context, presetArgs.concat([].slice.call(arguments)));'
 + '}');
 return bound;         
   };

现在成功设置了函数的length属性了。不过还有些遗漏。

第三阶段

被忽视的细节4：通过Function.prototype.bind生成的构造函数。我在日常工作中没这样用过，不过这种情况确实需要考虑，下面我们先了解原生的Function.prototype.bind生成的构造函数的行为吧！请用现代化浏览器执行下面的代码：

test('ctor produced by native Function.prototype.bind', function(){

var Ctor = function(x, y){

this.x = x;

this.y = y;

};

var scope = {x: 'scopeX', y: 'scopeY'};

var Bound = Ctor.bind(scope);

var ins = new Bound('insX', 'insY');

ok(ins.x === 'insX' && ins.y === 'insY' && scope.x === 'scopeX' && scope.y === 'scopeY', 'no presetArgs');

Bound = Ctor.bind(scope, 'presetX');

ins = new Bound('insY', 'insOther');

ok(ins.x === 'presetX' && ins.y === 'insY' && scope.x === 'scopeX' && scope.y === 'scopeY', 'with presetArgs');

});

行为如下：

this属性不会被绑定

预设实参有效

下面是具体实现

Function.prototype.bind = Function.prototype.bind
   || function(){
     var fn = this, presetArgs = [].slice.call(arguments); 
     var context = presetArgs.shift();
     var strOfThis = fn.toString(); // 函数反序列化，用于获取this的形参
     var fpsOfThis = /^function[^()]*\((.*?)\)/i.exec(strOfThis)[1].trim().split(',');// 获取this的形参
     var lengthOfBound = Math.max(fn.length - presetArgs.length, 0);
     var boundArgs = lengthOfBound && fpsOfThis.slice(presetArgs.length) || [];// 生成bound的形参
     eval('function bound(' 
     + boundArgs.join(',')
     + '){'
     + 'if (this instanceof bound){'
     + 'var self = new fn();'
     + 'fn.apply(self, presetArgs.concat([].slice.call(arguments)));'
     + 'return self;'   
     + '}'
     + 'return fn.apply(context, presetArgs.concat([].slice.call(arguments)));'
     + '}');
     return bound;         
   };

现在连构造函数作为使用方式都考虑到了，应该算是功德圆满了吧！NO，上面的实现只是基础的实现而已，并且隐藏一些bugs！
潜伏的bugs列表：

var self = new fn()，如果fn函数体存在实参为空则抛异常呢？

bound函数使用字符串拼接不利于修改和检查，既不优雅又容易长虫。

第四阶段

针对第三阶段的问题，最后得到下面的实现方式

if(!Function.prototype.bind){

var _bound = function(){

if (this instanceof bound){

var ctor = function(){};

ctor.prototype = fn.prototype;

var self = new ctor();

fn.apply(self, presetArgs.concat([].slice.call(arguments)));

return self;

}

return fn.apply(context, presetArgs.concat([].slice.call(arguments)));

}

, _boundStr = _bound.toString();

Function.prototype.bind = function(){

var fn = this, presetArgs = [].slice.call(arguments);

var context = presetArgs.shift();

var strOfThis = fn.toString(); // 函数反序列化，用于获取this的形参

var fpsOfThis = /^function[^()]((.?))/i.exec(strOfThis)[1].trim().split(',');// 获取this的形参

var lengthOfBound = Math.max(fn.length - presetArgs.length, 0);

var boundArgs = lengthOfBound && fpsOfThis.slice(presetArgs.length) || [];// 生成bound的形参

// 通过函数反序列和字符串替换动态定义函数

var bound = eval('(0,' + _boundStr.replace('function()', 'function(' + boundArgs.join(',') + ')') + ')');

return bound;

};

四、性能测试

// 分别用impl1,impl2,impl3,impl4代表上述四中实现方式

var start, end, orig = function(){};

start = (new Date()).getTime();

Function.prototype.bind = impl1;

for(var i = 0, len = 100000; i++ < len;){

orig.bind({})();

}

end = (new Date()).getTime();

console.log((end-start)/1000); // 输出1.387秒

start = (new Date()).getTime();

Function.prototype.bind = impl2;

for(var i = 0, len = 100000; i++ < len;){

orig.bind({})();

}

end = (new Date()).getTime();

console.log((end-start)/1000); // 输出4.013秒

start = (new Date()).getTime();

Function.prototype.bind = impl3;

for(var i = 0, len = 100000; i++ < len;){

orig.bind({})();

}

end = (new Date()).getTime();

console.log((end-start)/1000); // 输出4.661秒

start = (new Date()).getTime();

Function.prototype.bind = impl4;

for(var i = 0, len = 100000; i++ < len;){

orig.bind({})();

}

end = (new Date()).getTime();

console.log((end-start)/1000); // 输出4.485秒

由此得知运行效率最快是第一阶段的实现，而且证明通过eval动态定义函数确实耗费资源啊！！！
当然我们可以通过空间换时间的方式（Momoized技术）来缓存bind的返回值来提高性能，经测试当第四阶段的实现方式加入缓存后性能测试结果为1.456，性能与第一阶段的实现相当接近了。

五、本文涉及的知识点

eval的用法
new Function的用法
除new操作符外的构造函数的用法
JScript（IE6/7/8）下诡异的命名函数表达式
Momoized技术

六、总结

在这之前从来没想过一个Function.prototype.bind的polyfill会涉及这么多知识点，感谢es5-shim给的启发。
我知道还会有更优雅的实现方式，欢迎大家分享出来！一起面对javascript的痛苦与快乐！

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（本篇完）

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