温故而知新 - 重新认识JavaScript的Hoisting

为JavaScript里面的概念，温故而知新。

概念：Hositing是什么

在JavaScript中，如果试图使用尚未声明的变量，会出现ReferenceError错误。毕竟变量都没有声明，JavaScript也就找不到这变量。加上变量的声明，可正常运行：

console.log(a);
// Uncaught ReferenceError: a is not defined

var a;
console.log(a); // undefined

考虑下如果是这样书写：

console.log(a); // undefined
var a;

直觉上，程序是自上向下逐行执行的。使用尚未声明的变量a，按理应该出现ReferenceError错误，而实际上却输出了undefined。这种现象，就是Hoisting。var a由于某种原因被"移动"到最上面了。可以理解为如下形式：

var a;
console.log(a); // undefined

需要注意：

1. 实际上声明在代码里的位置是不会变的。

2. hoisting只是针对声明，赋值并不会。

   console.log(a); // undefined
   var a = 2015;
   
   // 理解为如下形式
   var a;
   console.log(a); // undefined
   a = 2015;
   

   这里var a = 2015理解上可分成两个步骤：var a和a = 2015。

3. 函数表达式不会hoisting。

   fn(); // TypeError: fn is not a function
   var fn = function () {}
   
   // 理解为如下形式
   var fn;
   fn();
   fn = function () {};
   

   这里fn()对undefined值进行函数调用导致非法操作，因此抛出TypeError错误。

函数声明和变量声明，都会hoisting，需要注意的是，函数会优先hoisting：

console.log(fn);
var fn;
function fn() {}

// 理解为如下形式
function fn() {}
var fn; // 重复声明，会被忽略
console.log(fn);

对于有参数的函数：

fn(2016);

function fn(a) {
    console.log(a); // 2016
    var a = 2015;
}

// 理解为如下形式
function fn(a) {
    var a = 2016; // 这里对应传参，值为函数调用时候传进来的值
    var a; // 重复声明，会被忽略
    console.log(a);
    a = 2015;
}
fn(2016);

总结一下，可以理解Hoisting是处理所有声明的过程。需要注意赋值及函数表达式不会hoisting。

意义：为什么需要Hoisting

可以处理函数互相调用的场景：

function fn1(n) {
    if (n > 0) fn2(n);
}

function fn2(n) {
    console.log(n);
    fn1(n - 1);
}

fn1(6);

按逐行执行的观念来看，必然存在先后顺序，像fn1与fn2之间的相互调用，如果没有hoisting的话，是无法正常运行的。

规范：Hoisting的运行规则

具体可以参考规范ECMAScript 2019 Language Specification。与Hoisting相关的，是在8.3 Execution Contexts。

一篇很不错的文章参考Understanding Execution Context and Execution Stack in Javascript

参考里面的例子：

var a = 20;
var b = 40;
let c = 60;

function foo(d, e) {
    var f = 80;
    
    return d + e + f;
}

c = foo(a, b);

创建的Execution Context像这样：

GlobalExectionContext = {
  LexicalEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Object",
      c: < uninitialized >,
      foo: < func >
    }
    outer: <null>,
    ThisBinding: <Global Object>
  },
  VariableEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Object",
      // Identifier bindings go here
      a: undefined,
      b: undefined,
    }
    outer: <null>, 
    ThisBinding: <Global Object>
  }
}

在运行阶段，变量赋值已经完成。因此GlobalExectionContext在执行阶段看起来就像是这样的：

GlobalExectionContext = {
  LexicalEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Object",
      c: 60,
      foo: < func >,
    }
    outer: <null>,
    ThisBinding: <Global Object>
  },
  VariableEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Object",
      // Identifier bindings go here
      a: 20,
      b: 40,
    }
    outer: <null>, 
    ThisBinding: <Global Object>
  }

当遇到函数foo(a, b)的调用时，新的FunctionExectionContext被创建并执行函数中的代码。在创建阶段像这样：

FunctionExectionContext = {
  LexicalEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Declarative",
      Arguments: {0: 20, 1: 40, length: 2},
    },
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>,
    ThisBinding: <Global Object or undefined>,
  },
  VariableEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Declarative",
      f: undefined
    },
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>,
    ThisBinding: <Global Object or undefined>,
  }
}

执行完后，看起来像这样：

FunctionExectionContext = {
  LexicalEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Declarative",
      Arguments: {0: 20, 1: 40, length: 2},
    },
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>,
    ThisBinding: <Global Object or undefined>,
  },
  VariableEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      Type: "Declarative",
      f: 80
    },
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>,
    ThisBinding: <Global Object or undefined>,
  }
}

在函数执行完成以后，返回值会被存储在c里。因此GlobalExectionContext更新。在这之后，代码执行完成，程序运行终止。

细节：var、let、const在hoisting上的差异

回顾规范：Hoisting的运行规则，可以注意到在创建阶段，不管是用let、const或var，都会进行hoisting。而差别在于：使用let和const进行声明的时候，设置为uninitialized(未初始化状态)，而var会设置为undefined。所以在let或const声明的变量之前访问时，会抛出ReferenceError: Cannot access 'c' before initialization错误。对应的名词为Temporal Dead Zone(暂时性死区)。

function demo1() {
    console.log(c); // c 的 TDZ 开始
    let c = 10; // c 的 TDZ 结束
}
demo1();

function demo2() {
    console.log('begin'); // c 的 TDZ 开始
    let c; // c 的 TDZ 结束
    console.log(c);
    c = 10;
    console.log(c);
}
demo2();

总结

果真是温故而知新，发现自己懂得其实好少。鞭策自己，后续对this、prototype、closures及scope等，进行温故。

参考资料

1. 我知道你懂 hoisting，可是你了解到多深？
2. MDN: Hoisting
3. You-Dont-Know-JS 2nd-ed
4. ECMAScript 2019 Language Specification
5. Understanding Execution Context and Execution Stack in Javascript
6. JavaScript高级程序设计