闭包是令人困惑的,因为它是一个“无形的”概念。

当使用对象、变量或函数时,你会想:“在这里我需要一个变量”,然后将其添加到你的代码中。

闭包有各种不同的形式。很多人在注意到闭包时,实际上他们已经在不知不觉中多次使用过了——可能你也是如此。所以学习闭包不是要去了解什么概念,而是要了解你已经接触过的东西。

太长不看版

函数访问在其外部定义的变量时,你需要闭包。

例如,这段代码包含一个闭包:

let users = ['Alice', 'Dan', 'Jessica'];
let query = 'A';
let user = users.filter(user => user.startsWith(query));

注意 user => user.startsWith(query) 本身是一个函数。它使用了 query 变量。但是,query 变量是在该函数的“外部”定义的。那就是闭包。


如果你愿意,可以在这里就停止阅读。本文的其余部分会以不同的方式去处理闭包,并不解释闭包是什么,而是带你完成发现闭包的过程——就像1960年代的第一批程序员所做的那样。


第1步:函数可以访问外部变量

要了解闭包,我们需要对变量和函数有所了解。在这个例子中,我们在 eat 函数中声明了 food 变量。

function eat() {
  let food = 'cheese';
  console.log(food + ' is good');
}

eat(); // => 'cheese is good'

但是,如果我们以后想更改 eat 函数的 food 变量,该怎么办?为此,我们可以将 food 变量本身从函数中移到顶层:

let food = 'cheese'; // 我们把它移动到外部

function eat() {
  console.log(food + ' is good');
}

这样我们可以在任何有需要的时候“从外部” 修改 food

eat(); // => 'cheese is good'
food = 'pizza';
eat(); // => 'pizza is good'
food = 'sushi';
eat(); // => 'sushi is good'

换句话说,food 变量不再是 eat 函数的局部变量,但是 eat 函数仍然可以轻松访问它。 函数可以访问它们之外的变量。先停下来想一秒钟,确保你对这个想法没有任何疑问。然后继续执行第二步。

第2步:在函数调用中包装代码

假设我们有一些代码:

/* 一些代码片段 */

这些代码做什么无关紧要。但是,假设我们要运行两次

一种方法是复制并粘贴:

/* 一些代码片段 */
/* 一些代码片段 */

另一种方法是使用循环:

for (let i = 0; i < 2; i++) {
  /* 一些代码片段 */
}

第三种方法,也是我们今天特别感兴趣的一种方法,将其包装在一个函数中:

function doTheThing() {
  /* 一些代码片段 */
}

doTheThing();
doTheThing();

函数为我们提供了很大的灵活性,因为我们可以随时在程序中的任何位置把这个函数执行任意次。

如果愿意,我们也可以只调用一次

function doTheThing() {
  /* 一些代码片段 */
}

doTheThing();

请注意,上面的代码与原始代码段是等效的:

  /* 一些代码片段 */

换句话说,如果我们有一段代码,将代码“包装”到一个函数中,然后只调用一次,那么我们就不会改变代码的作用。我们会忽略此规则的一些例外,但总的来说这应该是有道理的。停留在这个想法上,直到你的大脑完全理解为止。

第3步:发现闭包

前面我们通过两种不同的想法进行了探索:

  • 函数可以访问在其外部定义的变量。
  • 在函数中包装代码并调用一次不会改变结果。

那么如果把它们结合在一起会发生些什么呢。

我们将从第一步的代码开始:

let food = 'cheese';

function eat() {
  console.log(food + ' is good');
}

eat();

然后,将整个例子中的代码包装到一个函数中,该函数将被调用一次:

function liveADay() {
  let food = 'cheese';

  function eat() {
    console.log(food + ' is good');
  }

  eat();
}

liveADay();

再次审视两个代码片段,并确保它们是等效的。

这段代码有效!但是仔细看,注意 eat 函数在 liveADay 函数的内部。这允许吗?我们真的可以将一个函数放在另一个函数中吗?

在某些语言中,用这种方式写出来的代码是无效的。例如这种代码在 C 语言(没有闭包)中无效。这意味着在 C 语言中,前面的第二个结论是不正确的——我们不能随随便便就把一些代码包装在函数中。但是 JavaScript 不受这种限制。

再看这段代码,并注意在哪里声明和使用了 food

function liveADay() {
  let food = 'cheese'; // 声明 `food`

  function eat() {
    console.log(food + ' is good'); // 使用 `food`
  }

  eat();
}

liveADay();

让我们一起逐步看一下这段代码。首先在顶层声明 liveADay 函数,然后立即调用它。它有一个 food 局部变量,还包含一个 eat 函数。然后调用 eat 功能。因为 eatliveADay 内部,所以它“看到”了所有变量。这就是为什么它可以读取 food 变量的原因。

这就是闭包

我们说当函数(例如 eat)读取或写入在其外部(例如在 food 中)声明的变量(例如 food)时,存在闭包。

花一些时间多读几遍,并确保你已经理解了上面的代码代码。

下面是本文最开始介绍过的例子:

let users = ['Alice', 'Dan', 'Jessica'];
let query = 'A';
let user = users.filter(user => user.startsWith(query));

如果用函数表达式重写,则更容易注意到闭包:

let users = ['Alice', 'Dan', 'Jessica'];
// 1. 查询变量在外部声明
let query = 'A';
let user = users.filter(function(user) {
  // 2. 我们处于嵌套函数中
  // 3. 然后我们读取查询变量(在外部声明!)
  return user.startsWith(query);
});

每当函数访问在其外部声明的变量时,我们就说它是一个闭包。这个术语本身在使用时有些宽松。在本例中,有些人把嵌套函数本身称为“闭包”。其他人可能会把访问外部变量的“技术”称为闭包。实际上这都没关系。

函数调用的幽灵

闭看似简单,但是这并不意味着他们没有自己的陷阱。如果你真正考虑一下,函数可以在外部读取和写入变量的事实将会产生深远的影响。这意味着只要可以调用嵌套函数,这些变量就会“存活”下去:

function liveADay() {
  let food = 'cheese';

  function eat() {
    console.log(food + ' is good');
  }

  // Call eat after five seconds
  setTimeout(eat, 5000);
}

liveADay();

在这里,food 是在 liveADay() 函数调用内的局部变量。在我们退出 liveADay 之后,很容易想到它“消失了”,并且它不会回来困扰我们。

但是,在 liveADay 内部,我们告诉浏览器在五秒钟内调用 eat。然后,eat 读取 food 变量。 因此,JavaScript引擎需要使特定的 liveADay() 调用中的food变量保持可用,直到调用eat

从这种意义上讲,我们可以将闭包视为过去函数调用的“幻象”或“内存”。即使我们的 liveADay() 函数调用已经完成很长时间,但只要仍可以调用嵌套的 eat 函数,那么它的变量就必须继续存在。幸运的是,JavaScript 为我们做到了这一点,因此我们就无需再去考虑它了。

为什么会有“闭包”?

最后,你可能想知道为什么以这种方式调用闭包。主要是历史原因。一位熟悉计算机科学术语的人可能会说像 user => user.startsWith(query) 之类的表达式具有“开放绑定”。换句话说,从中可以清楚地知道 user 是什么(一个参数),但是还不能确定 query 是孤立的。当我们说“实际上,query 指的是在外部声明的变量”时,我们是在“关闭”开放绑定。换句话说,我们得到一个 *闭包*。

并非所有语言都实现闭包。例如在一些像 C 这样的语言中,根本不允许嵌套函数。结果,一个函数只能访问自己的局部变量或全局变量,永远不会出现访问父函数的局部变量的情况。当然,这种限制是痛苦的。

还有像 Rust 这样的语言,它们实现了闭包,但是对于闭包和常规函数有着单独的语法。因此,如果你想从函数外部读取变量,则必须在 Rust 中选择使用该变量。这是因为在底层,即使在函数调用之后,闭包也可能要求引擎保持外部变量(称为“环境”)。这种开销在 JavaScript 中是可以接受的,但是对于非常低级的语言来说,则可能会引发性能方面的问题。

到此为止,希望你能对闭包的概念有了深入理解!