第4章 变量、作用域和内存

1. 原始值和引用值（面试题）

ECMAScript 变量可以包含两种不同类型的数据：原始值和引用值。原始值（primitive value）就是最简单的数据（Undefined、Null、Boolean、Number、String 和 Symbol，其中之一），引用值（reference value）则是由多个值构成的对象（包括对象、数组、函数）。
引用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位置，因此也就不能直接操作对象所在的内存空间。在操作对象时，实际上操作的是对该对象的引用（reference）而非实际的对象本身。为此，保存引用值的变量是按引用（by reference）访问的。

即，在JavaScript中，我们可以分成两种类型：
基本数据类型（6种）：Number、String、Boolean、Null、 Undefined、Symbol（ES6），这些类型可以直接操作保存在变量中的实际值。
引用数据类型（1种）：Object。

- 动态属性

原始类型的初始化可以只使用原始字面量形式。如果使用的是 new 关键字，则 JavaScript 会创建一个 Object 类型的实例，但其行为类似原始值。

let name1 = "Nicholas";
let name2 = new String("Matt");
name1.age = 27;
name2.age = 26;
console.log(name1.age); // undefined
console.log(name2.age); // 26
console.log(typeof name1); // string
console.log(typeof name2); // object

- 复制值

除了存储方式不同，原始值和引用值在通过变量复制时也有所不同。在通过变量把一个原始值赋值到另一个变量时，原始值会被复制到新变量的位置。

let num1 = 5;
let num2 = num1;

复制的值实际上是一个指针，它指向存储在堆内存中的对象。

let obj1 = new Object();
let obj2 = obj1;
obj1.name = "Nicholas";
console.log(obj2.name); // "Nicholas"

变量 obj1 保存了一个新对象的实例。然后，这个值被复制到 obj2，此时两个变量都指向了同一个对象。在给 obj1 创建属性 name 并赋值后，通过 obj2 也可以访问这个属性，因为它们都指向同一个对象。图 4-2 展示了变量与堆内存中对象之间的关系。

- 传递参数

在按值传递参数时，局部变量的变化不会影响外部变量的值。
但是按引用传参，会改变外部变量的值

function addTen(num) {
num += 10;
return num;
}
let count = 20;
let result = addTen(count);
console.log(count); // 20，没有变化
console.log(result); // 30

变量是对象，容易产生迷惑

function setName(obj) {
	obj.name = "Nicholas";
}
let person = new Object();
setName(person);
console.log(person.name); // "Nicholas"

对象是按值传递的

function setName(obj) {
	obj.name = "Nicholas";
	obj = new Object();
	obj.name = "Greg";
}
let person = new Object();
setName(person);
console.log(person.name); // "Nicholas"

函数的参数是局部变量

- 确定类型

typeof 是判断一个变量是否为字符串、数值、布尔值或 undefined 的最好方式。如果该变量是object或者null，都会返回object。typeof 虽然对原始值很有用，但它对引用值的用处不大。

let s = "Nicholas";
let b = true;
let i = 22;
let u;
let n = null;
let o = new Object();
console.log(typeof s); // string
console.log(typeof i); // number
console.log(typeof b); // boolean
console.log(typeof u); // undefined
console.log(typeof n); // object
console.log(typeof o); // object

如果变量是给定引用类型（由其原型链决定，将在第 8 章详细介绍）的实例，则 instanceof 操作符返回 true。

console.log(person instanceof Object); // 变量 person 是 Object 吗？
console.log(colors instanceof Array); // 变量 colors 是 Array 吗？
console.log(pattern instanceof RegExp); // 变量 pattern 是 RegExp 吗？

按照定义，所有引用值都是 Object 的实例，因此通过 instanceof 操作符检测任何引用值和Object 构造函数都会返回 true。类似地，如果用 instanceof 检测原始值，则始终会返回 false，因为原始值不是对象。

☆☆☆一点总结：

• JavaScript是弱类型语言，开始的时候并不知道变量是什么类型，必须通过存储的具体的值才能判断变量的类型。
  （1）数据类型不同，内存分配不同。
  简单类型的值存放在栈中，在栈中存放的是对应的值。数据大小固定，占用空间小。按值存放，按值访问。
  引用类型对应的值存储在堆中，在栈中存放的是指向堆内存的地址。数据大小不固定。
  占据空间大。引用值的变量存储的是对实际对象的引用（内存地址），而不是对象本身。
  （2）由于内存分配不同，复制变量时结果不同。
  简单类型赋值，是生成相同的值，两个对象对应不同的地址。
  复杂类型赋值，是将保存对象的内存地址赋值给另一个变量。也就是两个变量指向堆内存中同一个对象。
• JS引用值有什么副作用：
  （1）原始值会受到影响：当多个变量引用同一个引用值时，修改其中一个变量的值会影响其他变量。这可能导致意外的行为，特别是在异步操作中。

let obj1 = { name: "Alice" };
let obj2 = obj1;

obj2.name = "Bob";

console.log(obj1.name); // 输出 "Bob"

（2）对象共享：引用值的传递方式会导致对象在不同地方共享相同的引用，改动一个对象会影响到所有引用它的地方。

let arr1 = [1, 2, 3];
let arr2 = arr1;

arr2.push(4);

console.log(arr1); // 输出 [1, 2, 3, 4]

（3）隐式副作用：某些函数或方法会通过修改引用值而产生隐式副作用，这可能导致代码的可预测性降低。

let numbers = [1, 2, 3];

numbers.sort(); // 改变了原数组

console.log(numbers); // 输出 [1, 2, 3]

要避免引用值的副作用，可以使用深拷贝或者不可变对象来管理数据，以确保每个变量都有自己的副本，从而避免意外的行为和数据共享问题。

2. 执行上下文与作用域

• 执行上下文分全局上下文、函数上下文和块级上下文。
• 函数或块的局部上下文不仅可以访问自己作用域内的变量，而且也可以访问任何包含上下文乃至全局上下文中的变量。
• 全局上下文只能访问全局上下文中的变量和函数，不能直接访问局部上下文中的任何数据。
• 变量的执行上下文用于确定什么时候释放内存。

全局上下文是最外层的上下文。根据 ECMAScript 实现的宿主环境，表示全局上下文的对象可能不一样。在浏览器中，全局上下文就是我们常说的 window 对象。所有通过 var 定义的全局变量和函数都会成为 window 对象的属性和方法。
上下文在其所有代码都执行完毕后会被销毁，包括定义在它上面的所有变量和函数（全局上下文在应用程序退出前才会被销毁，比如关闭网页或退出浏览器）

var color = "blue";
function changeColor() {
	if (color === "blue") {
		color = "red";
	} else {
		color = "blue";
	}
}
changeColor();  
console.log(color);  // red

var color = "blue";
function changeColor() {
	let anotherColor = "white";
	function swapColors() {
		let 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，但访问不到 tempColor
	swapColors();
}
// 这里只能访问 color
changeColor();
console.log(color);  // white

- 作用域链增强

虽然执行上下文主要有全局上下文和函数上下文两种（eval()调用内部存在第三种上下文），但有其他方式来增强作用域链。某些语句会导致在作用域链前端临时添加一个上下文，这个上下文在代码执行后会被删除。通常在两种情况下会出现这个现象，即代码执行到下面任意一种情况时：
（1）try/catch 语句的 catch 块
（2）with 语句
这两种情况下，都会在作用域链前端添加一个变量对象。对 with 语句来说，会向作用域链前端添加指定的对象；对 catch 语句而言，则会创建一个新的变量对象，这个变量对象会包含要抛出的错误对象的声明。

function buildUrl() {
	let qs = "?debug=true";
	with(location){
		let url = href + qs;
	}
	return url;
}

这里，with 语句将 location 对象作为上下文，因此 location 会被添加到作用域链前端。buildUrl()函数中定义了一个变量 qs。当 with 语句中的代码引用变量 href 时，实际上引用的是location.href，也就是自己变量对象的属性。在引用 qs 时，引用的则是定义在 buildUrl()中的那个变量，它定义在函数上下文的变量对象上。而在 with 语句中使用 var 声明的变量 url 会成为函数上下文的一部分，可以作为函数的值被返回；但像这里使用 let 声明的变量 url，因为被限制在块级作用域（稍后介绍），所以在 with 块之外没有定义。

- 变量声明

(1) 使用 var 的函数作用域声明
在使用 var 声明变量时，变量会被自动添加到最接近的上下文。在函数中，最接近的上下文就是函数的局部上下文。在 with 语句中，最接近的上下文也是函数上下文。如果变量未经声明就被初始化了，那么它就会自动被添加到全局上下文

        function add(num1, num2) {
            var sum = num1 + num2;
            return sum;
        }
        let result = add(10, 20); // 30
        console.log(result); // 30
        console.log(sum); // 报错：sum 在这里不是有效变量

变量 sum 在函数外部是访问不到的。如果省略上面例子中的关键字 var，那么 sum 在 add()被调用之后就变成可以访问的了

    function add(num1, num2) {
        sum = num1 + num2;
        return sum;
    }
    let result = add(10, 20); // 30
    console.log(sum); // 30

在调用 add()之后，sum被添加到了全局上下文，在函数退出之后依然存在，从而在后面可以访问到。

通过在声明之前打印变量，可以验证变量会被提升。声明的提升意味着会输出 undefined 而不是Reference Error：

        console.log(sex); // undefined
        var sex = 'male';
        function f() {
            console.log(name); // undefined
            var name = 'Jake';
        }
        f();

(2) 使用 let 的块级作用域声明
ES6 新增的 let 关键字跟 var 很相似，其作用域是块级的（var作用域：函数作用域。块级作用域由最近的一对包含花括号{}界定。if 块、while 块、function 块，甚至连单独的块也是 let 声明变量的作用域。

        if (true) {
            let a;
        }
        console.log(a); // ReferenceError: a 没有定义
        while (true) {
            let b;
        }
        console.log(b); // ReferenceError: b 没有定义
        function foo() {
            let c;
        }
        console.log(c); // ReferenceError: c 没有定义
        // 这没什么可奇怪的
        // var 声明也会导致报错
        // 这不是对象字面量，而是一个独立的块
        // JavaScript 解释器会根据其中内容识别出它来
        {
            let d;
        }
        console.log(d); // ReferenceError: d 没有定义

let 与 var 的另一个不同之处是在同一作用域内不能声明两次。重复的 var 声明会被忽略，而重复的 let 声明会抛出 SyntaxError。

var a;
var a;
// 不会报错
{
	let b;
	let b;
}
// SyntaxError: 标识符 b 已经声明过了

let 的行为非常适合在循环中声明迭代变量。使用 var 声明的迭代变量会泄漏到循环外部，这种情况应该避免。

        for (var i = 0; i < 10; ++i) { }
        console.log(i); // 10
        for (let j = 0; j < 10; ++j) { }
        console.log(j); // ReferenceError: j 没有定义

(3) 使用 const 的常量声明
使用 const 声明的变量必须同时初始化为某个值。一经声明，在其生命周期的任何时候都不能再重新赋予新值。

const a; // SyntaxError: 常量声明时没有初始化
const b = 3;
console.log(b); // 3
b = 4; // TypeError: 给常量赋值

const 除了要遵循以上规则，其他方面与 let 声明是一样的。
const 声明只应用到顶级原语或者对象。换句话说，赋值为对象的 const 变量不能再被重新赋值为其他引用值，但对象的键则不受限制。

const o1 = {};
o1 = {}; // TypeError: 给常量赋值
const o2 = {};
o2.name = 'Jake';
console.log(o2.name); // 'Jake'

如果想让整个对象都不能修改，可以使用 Object.freeze()，这样再给属性赋值时虽然不会报错，但会静默失败：

const o3 = Object.freeze({});
o3.name = 'Jake';
console.log(o3.name); // undefined

(4) 标识符查找
局部上下文（找到该标识符则停止，找不到继续找）——全局上下文（找到该标识符则停止，找不到继续找）——未声明

var color = 'blue';
function getColor() {
	return color;
}
console.log(getColor()); // 'blue'

调用函数 getColor()时会引用变量 color。为确定 color 的值会进行两步搜索。第一步，搜索 getColor()的变量对象，查找名为 color 的标识符。结果没找到，于是继续搜索下一个变量对象（来自全局上下文），然后就找到了名为 color 的标识符。因为全局变量对象上有 color的定义，所以搜索结束。

var color = 'blue';
function getColor() {
	let color = 'red';
	return color;
}
console.log(getColor()); // 'red'

使用块级作用域声明并不会改变搜索流程，但可以给词法层级添加额外的层次：

var color = 'blue';
function getColor() {
	let color = 'red';
	{
		let color = 'green';
		return color;
	}
}
console.log(getColor()); // 'green'

3. 垃圾回收

JavaScript 是使用垃圾回收的语言，也就是说执行环境负责在代码执行时管理内存。通过自动内存管理实现内存分配和闲置资源回收。基本思路很简单：确定哪个变量不会再使用，然后释放它占用的内存。这个过程是周期性的，即垃圾回收程序每隔一定时间（或者说在代码执行过程中某个预定的收集时间）就会自动运行。

离开作用域的值会被自动标记为可回收，然后在垃圾回收期间被删除。

- 标记清理（最常用）

主流的垃圾回收算法是标记清理，即先给当前不使用的值加上标记，再回来回收它们的内存。

- 引用计数

其思路是对每个值都记录它被引用的次数。声明变量并给它赋一个引用值时，这个值的引用数为 1。如果同一个值又被赋给另一个变量，那么引用数加 1。类似地，如果保存对该值引用的变量被其他值给覆盖了，那么引用数减 1。当一个值的引用数为 0 时，就说明没办法再访问到这个值了，因此可以安全地收回其内存了。垃圾回收程序下次运行的时候就会释放引用数为 0 的值的内存。
引用计数在代码中存在循环引用时会出现问题。

- 性能

垃圾回收程序会周期性运行，如果内存中分配了很多变量，则可能造成性能损失，因此垃圾回收的时间调度很重要。尤其是在内存有限的移动设备上，垃圾回收有可能会明显拖慢渲染的速度和帧速率。开发者不知道什么时候运行时会收集垃圾，因此最好的办法是在写代码时就要做到：无论什么时候开始收集垃圾，都能让它尽快结束工作。

- 内存管理

(1) 通过 const 和 let 声明提升性能
相比于使用 var，使用 let 和 const 可能会更早地让垃圾回收程序介入，尽早回收应该回收的内存。在块作用域比函数作用域更早终止的情况下，这就有可能发生。
(2) 隐藏类和删除操作
(3) 内存泄漏
意外声明全局变量是最常见但也最容易修复的内存泄漏问题。下面的代码没有使用任何关键字声明变量：

function setName() {
	name = 'Jake';
}

此时，解释器会把变量 name 当作 window 的属性来创建（相当于 window.name = ‘Jake’）。
可想而知，在 window 对象上创建的属性，只要 window 本身不被清理就不会消失。这个问题很容易解决，只要在变量声明前头加上 var、let 或 const 关键字即可，这样变量就会在函数执行完毕后离开作用域。

定时器也可能会悄悄地导致内存泄漏。下面的代码中，定时器的回调通过闭包引用了外部变量：

let name = 'Jake';
	setInterval(() => {
	console.log(name);
}, 100);

只要定时器一直运行，回调函数中引用的 name 就会一直占用内存。垃圾回收程序当然知道这一点，因而就不会清理外部变量。

使用 JavaScript 闭包很容易在不知不觉间造成内存泄漏。请看下面的例子：

let outer = function() {
	let name = 'Jake';
	return function() {
		return name;
	};
};

调用 outer()会导致分配给 name 的内存被泄漏。以上代码执行后创建了一个内部闭包，只要返回的函数存在就不能清理 name，因为闭包一直在引用着它。假如 name 的内容很大（不止是一个小字符串），那可能就是个大问题了。

• 静态分配与对象池
  压榨浏览器。一个关键问题就是如何减少浏览器执行垃圾回收的次数。理论上，如果能够合理使用分配的内存，同时避免多余的垃圾回收，那就可以保住因释放内存而损失的性能。