JavaScript高级程序设计学习(三)之变量、作用域和内存问题

简介: 这次讲的主要是变量,作用域和内存问题。任何一门编程语言,都涉及这三个。变量,比如全局变量,局部变量等,作用域,也分全局作用域和方法作用域,内存问题,在java中就涉及到一个垃圾回收的问题,由于java中涉及到jvm,因此可以自动垃圾回收和内存分配,而不需要手动。

 

这次讲的主要是变量,作用域和内存问题。

任何一门编程语言,都涉及这三个。

变量,比如全局变量,局部变量等,作用域,也分全局作用域和方法作用域,内存问题,在java中就涉及到一个垃圾回收的问题,由于java中涉及到jvm,因此可以自动垃圾回收和内存分配,而不需要手动。

一、变量

每个变量都有其类型,数据类型。在java中分基本数据类型和引用数据类型,js同样如此。

面试题:java的基本数据类型有哪些,及其所占字节?引用类型有哪些?

java基本数据类型分别为int(4),float(4),double(8),char(2),boolean(1),long(8),byte(2),short(2)

引用类型例如String或对象,枚举等,当然也可以回答说除了上述的基本数据类型外,都是引用数据类型。

题外分享到此为止,下面进入正题:

(1)js的基本数据类型有哪些?

昨天的基本概念就说了,不过今天是系统的说,

基本数据类型分别为String,Number,null,Boolean,undefined

引用数据类型分别为Object,Array等

 

基本类型值指的是 简单的数据段,而引用类型值指那些可能由多个值构成的对象。 在将一个值赋给变量时,解析器必须确定这个值是基本类型值还是引用类型。

引用类型的值是保存在内存中的对象。与其他语言不同,JavaScript不允许直接访问内存中的位置, 也就是说不能直接操作对象的内存空间。在操作对象时,实际上是在操作对象的引用而不是实际的对象。 为此,引用类型的值是按引用访问的。 

<html>
<head>
<script>
var person  = new Object()
person.name="hello";
alert(person.name)
</script>
</head>
<body>
</body>
</html>

 

以上代码创建了一个对象,并将其保存在变量person中,然而我们为该对象添加一个name属性,并将字符串"hello"赋给了该属性。紧接着,我们通过alert函数访问该属性,如果该属性不被销毁或不被删除,将会一直存在。

 

注意,不能给基本数据类型添加属性,尽管这样不会导致报错可以正常跑起来,但是下图所示:

<html>
<head>
<script>
var person  = "hello";
person.name="world";
alert(person.name) //会导致值为undefined
</script>
</head>
<body>
</body>
</html>

 

 (2)关于复制变量值

var num1=5;
var num2=num1;

虽然这两个变量值是相同的,但是却是完全独立的两个变量。

 

当从一个变量向另一个变量复制引用类型的值时,同样也会将存储在变量对象中的值复制一份放到 为新变量分配的空间中。不同的是,这个值的副本实际上是一个指针,而这个指针指向存储在堆中的一 个对象。复制操作结束后,两个变量实际上将引用同一个对象。因此,改变其中一个变量,就会影响另 一个变量。

下图所示代码:

<html>
<head>
<script>

var obj1 = new Object();
obj1.name="hello";
var obj2 = obj1;
alert(obj2.name)

</script>
</head>
<body>
</body>
</html>

 

(3)传递参数

<html>
<head>
<script>

function add(num){

num+=10;
return num;

}


var count=20;
var result=add(count);
alert(count)
alert(result)


</script>
</head>
<body>
</body>
</html>

 

这里的函数 add()有一个参数 num,而参数实际上是函数的局部变量。在调用这个函数时,变 量count作为参数被传递给函数,这个变量的值是20。于是,数值20被复制给参数num以便在add() 中使用。在函数内部,参数 num 的值被加上了 10,但这一变化不会影响函数外部的 count 变量。参数 num 与变量 count 互不相识,它们仅仅是具有相同的值。假如 num 是按引用传递的话,那么变量 count 的值也将变成 30,从而反映函数内部的修改。当然,使用数值等基本类型值来说明按值传递参数比较简 单,但如果使用对象,那问题就不怎么好理解了

 

 (4)检测类型

检测变量的数据类型,typeof操作符最有效,但是只是针对基本数据类型,不能针对引用数据类型。

针对引用数据类型可以使用instanceof操作符

 alert(person instanceof Object); // 变量 person 是 Object 吗?
 alert(colors instanceof Array);  // 变量 colors 是 Array 吗?
 alert(pattern instanceof RegExp);  // 变量 pattern 是 RegExp 吗? 

注意:

使用 typeof 操作符检测函数时,该操作符会返回"function"。在 Safari 5及 之前版本和 Chrome 7及之前版本中使用 typeof 检测正则表达式时,由于规范的原 因,这个操作符也返回"function"。ECMA-262规定任何在内部实现[[Call]]方法 的对象都应该在应用 typeof 操作符时返回"function"。由于上述浏览器中的正则 表达式也实现了这个方法,因此对正则表达式应用 typeof 会返回"function"。在 IE和 Firefox中,对正则表达式应用 typeof 会返回"object"。 

 

二、执行环境和作用域

执行环境(execution context,为简单起见,有时也称为“环境”)是 JavaScript中最为重要的一个概 念。执行环境定义了变量或函数有权访问的其他数据,决定了它们各自的行为。每个执行环境都有一个 与之关联的变量对象(variable object),环境中定义的所有变量和函数都保存在这个对象中。虽然我们 编写的代码无法访问这个对象,但解析器在处理数据时会在后台使用它。 全局执行环境是最外围的一个执行环境。根据 ECMAScript实现所在的宿主环境不同,表示执行环 境的对象也不一样。在 Web 浏览器中,全局执行环境被认为是 window 对象,因 此所有全局变量和函数都是作为 window 对象的属性和方法创建的。某个执行环境中的所有代码执行完 毕后,该环境被销毁,保存在其中的所有变量和函数定义也随之销毁(全局执行环境直到应用程序退 出——例如关闭网页或浏览器——时才会被销毁)。 每个函数都有自己的执行环境。当执行流进入一个函数时,函数的环境就会被推入一个环境栈中。 而在函数执行之后,栈将其环境弹出,把控制权返回给之前的执行环境。ECMAScript 程序中的执行流 正是由这个方便的机制控制着。 当代码在一个环境中执行时,会创建变量对象的一个作用域链(scope chain)。作用域链的用途,是 保证对执行环境有权访问的所有变量和函数的有序访问。作用域链的前端,始终都是当前执行的代码所 在环境的变量对象。如果这个环境是函数,则将其活动对象(activation object)作为变量对象。活动对 象在最开始时只包含一个变量,即 arguments 对象(这个对象在全局环境中是不存在的)。作用域链中 的下一个变量对象来自包含(外部)环境,而再下一个变量对象则来自下一个包含环境。这样,一直延 续到全局执行环境;全局执行环境的变量对象始终都是作用域链中的最后一个对象。 标识符解析是沿着作用域链一级一级地搜索标识符的过程。搜索过程始终从作用域链的前端开始, 然后逐级地向后回溯,直至找到标识符为止(如果找不到标识符,通常会导致错误发生)。 

示例代码:

<html>
<head>
<script>

var color = "blue"; 
 
function changeColor(){    
 if (color === "blue"){   
    color = "red";  
 } else {       
 color = "blue";   
 } 
 
 } 
 
changeColor(); 
 
alert("Color is now " + color); 

</script>
</head>
<body>
</body>
</html>

 

以下代码共涉及 3 个执行环境:全局环境、changeColor()的局部环境和 swapColors()的局部 环境。全局环境中有一个变量 color 和一个函数 changeColor()。changeColor()的局部环境中有 一个名为 anotherColor 的变量和一个名为 swapColors()的函数,但它也可以访问全局环境中的变 量 color。swapColors()的局部环境中有一个变量 tempColor,该变量只能在这个环境中访问到。 无论全局环境还是 changeColor()的局部环境都无权访问 tempColor。然而,在 swapColors()内部 则可以访问其他两个环境中的所有变量,因为那两个环境是它的父执行环境。

示例:

<html>
<meta charset="utf-8">
<head>
<script>

var color = "blue"; 
 
function changeColor(){  
   var anotherColor = "red"; 
 
    function swapColors(){     
        var tempColor = anotherColor;      
        anotherColor = color;        
        color = tempColor;            // 这里可以访问 color、anotherColor 和 tempColor   
        } 
 
    // 这里可以访问 color 和 anotherColor,但不能访问 tempColor       
    swapColors();
    } 
 
// 这里只能访问 color 
changeColor(); 
</script>
</head>
<body>
</body>
</html>

 

三、垃圾收集器

JavaScript 具有自动垃圾收集机制,也就是说,执行环境会负责管理代码执行过程中使用的内存。 而在 C和 C++之类的语言中,开发人员的一项基本任务就是手工跟踪内存的使用情况,这是造成许多问 题的一个根源。在编写 JavaScript 程序时,开发人员不用再关心内存使用问题,所需内存的分配以及无 用内存的回收完全实现了自动管理。这种垃圾收集机制的原理其实很简单:找出那些不再继续使用的变 量,然后释放其占用的内存。为此,垃圾收集器会按照固定的时间间隔(或代码执行中预定的收集时间), 周期性地执行这一操作。 下面我们来分析一下函数中局部变量的正常生命周期。局部变量只在函数执行的过程中存在。而在 这个过程中,会为局部变量在栈(或堆)内存上分配相应的空间,以便存储它们的值。然后在函数中使 用这些变量,直至函数执行结束。此时,局部变量就没有存在的必要了,因此可以释放它们的内存以供 将来使用。在这种情况下,很容易判断变量是否还有存在的必要;但并非所有情况下都这么容易就能得 出结论。垃圾收集器必须跟踪哪个变量有用哪个变量没用,对于不再有用的变量打上标记,以备将来收 回其占用的内存。用于标识无用变量的策略可能会因实现而异,但具体到浏览器中的实现,则通常有两 个策略。 

(1) 标记清除

JavaScript 中最常用的垃圾收集方式是标记清除(mark-and-sweep)。当变量进入环境(例如,在函 数中声明一个变量)时,就将这个变量标记为“进入环境”。从逻辑上讲,永远不能释放进入环境的变
量所占用的内存,因为只要执行流进入相应的环境,就可能会用到它们。而当变量离开环境时,则将其 标记为“离开环境”。 可以使用任何方式来标记变量。比如,可以通过翻转某个特殊的位来记录一个变量何时进入环境, 或者使用一个“进入环境的”变量列表及一个“离开环境的”变量列表来跟踪哪个变量发生了变化。说 到底,如何标记变量其实并不重要,关键在于采取什么策略。 垃圾收集器在运行的时候会给存储在内存中的所有变量都加上标记(当然,可以使用任何标记方 式)。然后,它会去掉环境中的变量以及被环境中的变量引用的变量的标记。而在此之后再被加上标记 的变量将被视为准备删除的变量,原因是环境中的变量已经无法访问到这些变量了。最后,垃圾收集器 完成内存清除工作,销毁那些带标记的值并回收它们所占用的内存空间。 

 

(2)引用计数

另一种不太常见的垃圾收集策略叫做引用计数(reference counting)。引用计数的含义是跟踪记录每 个值被引用的次数。当声明了一个变量并将一个引用类型值赋给该变量时,则这个值的引用次数就是 1。 如果同一个值又被赋给另一个变量,则该值的引用次数加 1。相反,如果包含对这个值引用的变量又取 得了另外一个值,则这个值的引用次数减 1。当这个值的引用次数变成 0时,则说明没有办法再访问这 个值了,因而就可以将其占用的内存空间回收回来。这样,当垃圾收集器下次再运行时,它就会释放那 些引用次数为零的值所占用的内存。

 

小结:

声明:该篇文章有部分概念相关的,我引用了《JavaScript高级程序设计》这本书,因为既然是系统学习,少不了要引用一些概念。概念虽说枯燥无味,但是不知道点也还是不行的。

个人体会:作为一名web开发人员,写前台也写后台,前台的话,除了变量的作用域和函数执行顺序或者参数传递这些用的比较多,同时也考虑的比较多,像内存管理这个,接触很少。垃圾回收,后台java有自己的垃圾回收机制,不用我们java开发人员考虑,js的内存管理,在我看来我真不知道哪里用到了,对于js的垃圾回收和内存管理这方面知识我几乎不知道有这么个玩意,读了这本书,才知道原来js同java一样也有自己的垃圾回收机制,不需要我们使用人员考虑太多。这次系统学习也算了解了下。

我个人在后续开发中,js性能方面也是特别关注的,为此我参考了许多csdn或者博客园及其相关书籍对网站进行性能优化,特别是关于书籍,我个人上传了一个文件夹,里面包含网站性能优化的十四条建议。大家可以参考,虽然说不是那么仔细,但是我想应该比较全面。该十四条建议,是参读了《高性能网站建设指南》这本书的。这本书web开发者,我觉得还是有必要读读的。

 

本篇知识小结,可分为如下:

JavaScript变量可以用来保存两种类型的值:基本类型值和引用类型值。

基本类型的值源自以下 5 种基本数据类型:Undefined、Null、Boolean、Number 和 String。

基本类型值和引用类型值具 有以下特点:

 基本类型值在内存中占据固定大小的空间,因此被保存在栈内存中;

 从一个变量向另一个变量复制基本类型的值,会创建这个值的一个副本;

 引用类型的值是对象,保存在堆内存中;

 包含引用类型值的变量实际上包含的并不是对象本身,而是一个指向该对象的指针;

 从一个变量向另一个变量复制引用类型的值,复制的其实是指针,因此两个变量最终都指向同 一个对象;

 确定一个值是哪种基本类型可以使用 typeof 操作符,而确定一个值是哪种引用类型可以使用 instanceof 操作符;

 

所有变量(包括基本类型和引用类型)都存在于一个执行环境(也称为作用域)当中,这个执 行环境决定了变量的生命周期,以及哪一部分代码可以访问其中的变量。以下是关于执行环境的几 点总结:

 执行环境有全局执行环境(也称为全局环境)和函数执行环境之分;

 每次进入一个新执行环境,都会创建一个用于搜索变量和函数的作用域链;

 函数的局部环境不仅有权访问函数作用域中的变量,而且有权访问其包含(父)环境,乃至全 局环境;

 全局环境只能访问在全局环境中定义的变量和函数,而不能直接访问局部环境中的任何数据;

 变量的执行环境有助于确定应该何时释放内存。

 

JavaScript 是一门具有自动垃圾收集机制的编程语言,开发人员不必关心内存分配和回收问题。可 以对 JavaScript的垃圾收集例程作如下总结。

 离开作用域的值将被自动标记为可以回收,因此将在垃圾收集期间被删除。

 “标记清除”是目前主流的垃圾收集算法,这种算法的思想是给当前不使用的值加上标记,然 后再回收其内存。

 另一种垃圾收集算法是“引用计数”,这种算法的思想是跟踪记录所有值被引用的次数。JavaScript 引擎目前都不再使用这种算法;但在 IE中访问非原生 JavaScript对象(如 DOM元素)时,这种 算法仍然可能会导致问题。

 当代码中存在循环引用现象时,“引用计数”算法就会导致问题。

 解除变量的引用不仅有助于消除循环引用现象,而且对垃圾收集也有好处。为了确保有效地回 收内存,应该及时解除不再使用的全局对象、全局对象属性以及循环引用变量的引用。 

 

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