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闭包

更新时间: 2021-02-19 16:29:51

一个函数和对其周围状态（lexical environment,词法环境）的引用捆绑在一起（或者说函数被引用包围），这样的组合就是闭包（closure）。也就是说，闭包让你可以在一个内层函数中访问到其外层函数的作用域。在JavaScript中，每当创建一个函数，闭包就会在函数创建的同时被创建出来。

# 词法作用域

请看下面的代码：

function init(){
  var name = "Mozilla";//name是一个被init创建的局部变量
  function displayName(){ //displayName()是内部函数，一个闭包
    alert(name); //使用了父函数中声明的变量
  }
  displayName()
}
init()
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init()创建了一个局部变量name和一个名为displayName()的函数。displayName()是定义在init()里的内部函数，并且仅在init()函数体内可用。
请注意，displayName()没有自己的局部变量。然而，因为它可以访问到外包的变量，所以displayName()可以使用父函数init()中声明的变量name。

这个词法作用域的例子描述了分析器如何在函数嵌套的情况下解析变量名。词法一词指的是，词法作用域根据源代码中声明变量的位置来确定该变量在何处可用。嵌套函数可访问声明于他们外部作用域的变量

# 闭包

现在来考虑以下例子：

function makeFunc(){
  var name = "Mozilla";
  funciton displayName(){
    alert(name);
  }
  return displayName;
}

var myFunc = makeFunc()
myFunc()
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运行这段代码的效果和之前init()函数的示例完全一样。其中不同的地方（也是有意思的地方）在于内部函数displayName()在执行前，从外部函数返回。

原因在于，JavaScript中的函数会形成闭包。闭包是由函数以及声明该函数的词法环境组合而成的。该环境包含了这个闭包创建时作用域内的任何局部变量。在本例中，myFunc是执行makeFunc时创建的displayName函数实例的引用。displayName的实例维持了一个对它的词法环境（变量name存在于其中）的引用。因此，当myFunc被调用时，变量name仍然可用。

下面是一个更有意思的示例，makeAdder函数：

function makeAdder(x){
  return function(y){
    return x + y;
  }
}

var add5 = makeAdder(5)
var add10 = makeAdder(10)

console.log(add5(2)) // 7
console.log(add10(2)) // 12
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在这个实例中，我们定义了makeAdder(x)函数，它接受一个参数x，并返回一个新的函数。返回的函数接受一个参数y，并返回x+y的值。

从本质上讲，makeAdder是一个工厂函数——他创建了将制定的值和它的参数相加求和的函数。

add5和add10都是闭包。它们共享相同的函数定义，但是保存了不同的词法环境。在add5的环境中，x为5。而在add10中，x则为10。

# 实用的闭包

闭包很有用，因为它允许将函数与其所操作的某些数据（环境）关联起来。这显然类似于面向对象编程。在面向对象编程中，对象允许我们将某些数据（对象的属性）与一个或多个方法相关联。

因此，通常你使用只有一个方法的对象的地方，都可以使用闭包。

在Web中，你想要这样做的情况特别常见。大部分我们所写的JavaScript代码都是基于事件的，定义某种行为，然后将其添加到用户触发的事件之上（点击或者按键）。我们的代码通常作为回调：为响应事件而执行的函数。

假如，我们想在页面上添加一些可以调整字号的按钮。一种方法是以像素为单位指定body元素的font-size，然后通过相对的em单位设置页面中其它元素（例如header）的字号：

body {
  font-family:Helvetica,Arial,sans-serif;
  font-size: 12px;
}

h1 {
  font-size: 1.5em;
}

h2 {
  font-size: 1.2em;
}
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我们的文本尺寸调整按钮可以修改body元素的font-size属性，由于我们使用相对单位，页面中的其它元素也会相应地调整。

以下是JavaScript:

function makeSizer(size) {
  return function() {
    document.body.style.fontSize = size + 'px';
  }
}

var size12 = makeSizer(12);
var size14 = makeSizer(14);
var size16 = makeSizer(16);
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size12,size14和size16三个函数分别把body文本调整为12，4，16像素。我们可以将他们分别添加到按钮的点击事件上。如下图所示：

document.getElementById('size-12').onclick = size12;
document.getElementById('size-14').onclick = size14;
document.getElementById('size-16').onclick = size16;
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<a href="#" id="size-12">12</a>
<a href="#" id="size-14">14</a>
<a href="#" id="size-16">16</a>
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# 闭包模拟私有方法

编程语言中，比如Java，是支持将方法声明为私有的，即它们只能被同一个类中的其他方法所调用。

而JavaScript没有这种原生支持，但我们可以使用闭包来模拟私有方法。私有方法不仅仅有利于限制对代码的访问，还提供了管理全局命名空间的强大能力，避免非核心的方法弄乱了代码的公共接口部分。

下面的实例展现了如何使用闭包来定义公共函数，并令其可以访问私有函数和变量。这个方式也称为模块模式(module pattern)：

var Counter = (function() {
  var privateCounter = 0;
  fuction changeBy(val) {
    privateCounter += val;
  }
  return {
    increment:function() {
      changeBy(1);
    },
    decrement:funciton() {
      changeBy(-1);
    },
    value:function(){
      return privateCounter;
    }
  }
})();

console.log(Counter.value()); // 0
Counter.increment();
Counter.increment();
console.log(Counter.value()); // 2
Counter.decrement();
console.log(Counter.value()); // 1
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在之前的示例中，每个闭包都有它自己的词法环境；而这次我们只创建了一个词法环境，为三个函数所共享：Counter.increment,Counter.decrement和Counter.value。

该共享环境创建于一个立即执行的匿名函数体内。这个环境包含两个私有项：名为privatecCounter的变量和名为changeBy的函数。这两项都无法在这个匿名函数外部直接访问。必须通过匿名函数返回的三个公共函数访问。

这三个公共函数是共享同一个环境的闭包。多亏JavaScript的词法作用域，它们都可以访问privateCounter变量和changeBy函数。

注意

你应该注意到我们定义了一个匿名函数，用于创建一个计数器。我们立即执行了这个匿名函数，并将他的值赋给了变量Counter。我们可以把这个函数储存在另一个变量makeCounter中，并用他来创建多个计数器。

var makeCounter = function(){
  var privateCounter = 0;
  function changeBy(val) {
    privateCounter += val;
  }
  return {
    increment: function() {
      changeBy(1);
    },
    decrement: function() {
      changeBy(-1);
    },
    value: function() {
      return privateCounter;
    }
  }
}

var Counter1 = makeCounter()
var Counter2 = makeCounter()
console.log(Counter1.value()) // 0
Counter1.increment()
Counter1.increment()
console.log(Counter1.value()) // 2
Counter1.decrement()
console.log(Counter1.value()) // 1
console.log(Counter2.value()) // 0
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请注意两个计数器Counter1和Counter2是如何维护它们各自的独立性的。每个闭包都是引用自己词法作用域内的变量privateCounter。

每次调用其中一个计数器时，通过改变这个变量的值，会改变这个闭包的词法环境。然而在一个闭包内对变量的修改，不会影响到另外一个闭包中的变量。

提示

以这种方式使用闭包，提供了许多与面向对象编程相关的好处，特别是数据隐藏和封装。

# 在循环中创建闭包：一个常见错误

在ECMAScript 2015 引入 let关键字之前，在循环中有一个常见的闭包创建问题：

Helpful notes will appear here

E-mail:

Name:

Age:

<p id="help">Helpful notes will appear here</p>
<p>E-mail:<input type="text" id="email" name="email"></p>
<p>Name:<input type="text" id="name" name="name"></p>
<p>Age:<input type="text" id="age" name="age"></p>
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function showHelp(help){
  document.getElementById('help').innerHTML = help;
}

function setupHelp() {
  var helpText = [
    {'id':'email','help':'Your e-mail address'},
    {'id':'name','help':'Your full name'},
    {'id':'age','help':'Your age (you must be over 16)'}
  ]

  for(var i = 0;i < helpText.length; i++) {
    var item = helpText[i];
    document.getElementById(item.id).onfocus = function(){
      showHelp(item.help)
    }
  }
}

setupHelp()
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数组helpText中定义了三个有用的提示信息，每一个都关联于对应的文档中的input的ID。通过循环这三项定义，依次为相应input添加了一个onfocus事件处理函数，以便显示帮助信息。

运行这段代码后，您会发现它没有达到想要的效果。无论焦点在哪个input上，显示的都是关于年龄的信息。

原因是赋值给onfocus的是闭包。这些闭包是由他们的函数定义和在setupHelp作用域中捕获的环境所组成的。这三个闭包在循环中被创建，但他们共享了同一个词法作用域，在这个作用域中存在一个变量item。这是因为变量item使用var进行声明，由于变量提升，所以具有函数作用域。当onfocus的回调执行时，item.help的值被决定。由于循环在事件触发之前早已执行完毕，变量对象item（被三个闭包所共享）已指向helpText的最后一项。

解决这个问题的一种方案是使用更多的闭包：特别是使用前面所述的函数工厂：

Helpful notes will appear here

E-mail:

Name:

Age:

function showHelp(help) {
  document.getElementById('help').innerHTML = help;
}

function makeHelpCallback(help) {
  return function() {
    showHelp(help)
  }
}

function setupHelp() {
  var helpText = [
    {'id': 'email', 'help': 'Your e-mail address'},
    {'id': 'name', 'help': 'Your full name'},
    {'id': 'age', 'help': 'Your age (you must be over 16)'}
  ];

  for(var i = 0;i<helpText.length;i++){
    var item = helpText[i]
    document.getElementById(item.id).onfocus = makeHelpCallback(item.help)
  }
}

setupHelp();
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这段代码可以如我们所期望的那样工作。所有回调不再共享一个环境，makeHelpCallback函数为每一个回调创建一个新的词法环境。在这个环境中，help指向helpText数组中对应的字符串。

另一种方法使用了匿名闭包：

function showHelp(help) {
  document.getElementById('help').innerHTML = help
}

function setupHelp() {
  var helpText = [
      {'id': 'email', 'help': 'Your e-mail address'},
      {'id': 'name', 'help': 'Your full name'},
      {'id': 'age', 'help': 'Your age (you must be over 16)'}
    ];

  for(var i = 0;i < helpText.length;i++){
    (function() {
      var item = helpText[i];
      document.getElementById(item.id).onfocus = function(){
        showHelp(item.help)
      }
    })() //马上把当前循环项的item与事件回调相关联起来
  }  
}

setupHelp()
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如果不想使用过多的闭包，你可以使用ES2015引入的let关键词：

function showHelp(help) {
  document.getElementById('help').innerHTML = help;
}

function setupHelp() {
  var helpText = [
      {'id': 'email', 'help': 'Your e-mail address'},
      {'id': 'name', 'help': 'Your full name'},
      {'id': 'age', 'help': 'Your age (you must be over 16)'}
    ];

  for (var i = 0; i < helpText.length; i++) {
    let item = helpText[i];
    document.getElementById(item.id).onfocus = function() {
      showHelp(item.help);
    }
  }
}

setupHelp();
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这个例子使用let而不是var，因此每个闭包都绑定了块作用域的变量，这意味着不再需要额外的闭包。

另一个可选方案是使用forEach()来遍历helpText数组并给每一个<p>添加一个监听器， 如下所示：

function showHelp(help) {
  document.getElementById('help').innerHTML = help;
}

function setupHelp() {
  var helpText = [
      {'id': 'email', 'help': 'Your e-mail address'},
      {'id': 'name', 'help': 'Your full name'},
      {'id': 'age', 'help': 'Your age (you must be over 16)'}
    ];

  helpText.forEach(function(text) {
    document.getElementById(text.id).onfocus = function() {
      showHelp(text.help);
    }
  });
}

setupHelp();
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# 性能考量

如果不是某些特定任务需要使用闭包，在其他函数中创建函数是不明智的，因为闭包在处理速度和内存消耗方面对脚本性能具有负面影响。

例如，在创建新的对象或者类时，方法通常应该关联于对象的原型，而不是定义到对象的构造器中。原因是这将导致每次构造器被调用时，方法都会被重新赋值一次（也就是说，对于每个对象的创建，方法都会被重新赋值）。

考虑以下示例：

function MyObject(name, message) {
  this.name = name.toString()
  this.message = message.toString()
  this.getName = function(){
    return this.name
  }

  this.getMessage = function() {
    return this.message
  }
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在上面的代码中，我们并没有利用到闭包的好处，因此可以避免使用闭包，修改成如下：

function MyObject(name,message) {
  this.name = name.toString()
  this.message = message.toString()
}

MyObject.prototype = {
  getName: function() {
    return this.name
  },
  getMessage: function() {
    return this.message
  }
}
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但我们不建议重新定义原型。可以改成如下例子：

function MyObject(name, message) {
  this.name = name.toString()
  this.message = message.toString()
}
MyObject.prototype.getName = function() {
  return this.name;
};
MyObject.prototype.getMessage = function() {
  return this.message;
};
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