原来 JavaScript 的闭包是这么回事

正如标题所述，JavaScript 闭包对我来说一直是个谜。我阅读过很多篇相关文章，我在工作中也使用了闭包，有时候我自己使用了闭包却不自知。最近我参加了一个讲座，在那儿终于有人给我解释清楚了。本文中我也将尝试用他们的方法来解释闭包。

在开始之前

在理解闭包之前，需要先理解一些概念，_ 执行上下文 _ 就是其中的一个。

有篇文章很好地解释了执行上下文，以下内容引用自这篇文章：

在运行 JavaScript 代码时，它的运行环境是非常重要的，运行环境可能是如下几种中的一种：

全局代码——首次执行代码的默认环境。

函数代码——每当执行流程进入函数体时。

（…）

（…），我们将执行上下文定义当前代码的执行环境或作用域。

换句话说，当我们启动程序时，我们从全局执行上下文开始。我们在全局执行上下文中声明一些变量，这些变量为全局变量。当程序调用函数时，会发生以下几个步骤：

1. JavaScript 创建一个新的本地执行上下文。
2. 本地执行上下文将拥有自己的变量集。
3. 新的执行上下文被抛到执行栈上。我们可以将执行栈视为一种用于跟踪程序执行位置的机制。

函数会在遇到 return 语句或结束括号}时结束执行，并发生以下情况：

1. 本地执行上下文从执行栈中跳出。
2. 函数将返回值发送给调用上下文。调用上下文是调用此函数的执行上下文，它可以是全局执行上下文或另一个本地执行上下文。调用上下文将负责处理返回值，返回值可以是对象、数组、函数、布尔值或其他任何东西。如果函数没有 return 语句，则返回 undefined。
3. 本地执行上下文被销毁，这个很重要。在本地执行上下文中声明的所有变量都将被删除，它们不再可用，这就是为什么它们被称为局部变量。

一个很基础的例子

在开始进入闭包之前，让我们看一下下面这段代码。

1: let a = 3
2: function addTwo(x) {
3:   let ret = x + 2
4:   return ret
5: }
6: let b = addTwo(a)
7: console.log(b)

为了理解 JavaScript 引擎的工作原理，让我们详细介绍一下。

1. 在第 1 行，我们在全局执行上下文中声明一个新变量 a，并将它的值赋为数字 3。
2. 在第 2 行到第 5 行，我们在全局执行上下文中声明了一个名为 addTwo 的新变量，并为其分配了一个函数定义，{}之间的内容被分配给了 addTwo。函数内部的代码不会被执行，只是存储在变量中以备将来使用。
3. 第 6 行，我们在全局执行上下文中声明了一个新变量，并将其标记为 b。声明变量后，它的值为 undefined。
4. 接下来，仍然是第 6 行，我们看到了一个赋值运算符。我们准备为变量 b 分配一个新值。接下来，我们看到一个被调用的函数。当你看到一个变量后面跟着圆括号 (…) 时，就表示在调用一个函数。从函数返回的任何内容都将被分配给变量 b。
5. 但首先我们需要调用被标记为 addTwo 的函数。JavaScript 将在其全局执行上下文内存中查找名为 addTwo 的变量。它找到了，也就是在步骤 2（或第 2-5 行）中定义的那个。变量 addTwo 包含了一个函数定义。请注意，变量 a 被作为参数传递给该函数。JavaScript 在其全局执行上下文内存中搜索变量 a，找到它，发现它的值为 3，然后将数值 3 作为参数传递给该函数。准备执行该函数。
6. 现在切换执行上下文，创建了一个新的本地执行上下文，我们将其命名为“addTwo 执行上下文”。执行上下文被推送到调用栈。我们在本地执行上下文中做的第一件事是什么？
7. 你可能会想说，“在本地执行上下文中声明了一个新的变量 ret”。但其实不是这样的，我们首先需要查看函数的参数。在本地执行上下文中声明了一个新变量 x，又因为 3 被作为参数传递进来，所以变量 x 被赋值为 3。
8. 下一步：在本地执行上下文中声明新的变量 ret，其值设置为 undefined。（第 3 行）
9. 仍然是第 3 行，需要执行一个加法运算。首先，我们需要 x 的值，JavaScript 会尝试查找变量 x，它首先查看本地执行上下文。它找到了，值为 3。第二个操作数是数值 2，加法的结果（5）被赋给变量 ret。
10. 第 4 行，我们返回变量 ret 的内容。在本地执行上下文中进行另一个查找。ret 包含值 5。函数返回数值 5，函数结束执行。
11. 第 4-5 行，函数结束执行，本地执行上下文被销毁，变量 x 和 ret 被清除，它们不再存在。上下文弹出调用栈，返回值被返回到调用上下文。在这种情况下，调用上下文就是全局执行上下文，因为函数 addTwo 是从全局执行上下文中调用的。
12. 现在我们从在步骤 4 中暂停的位置继续。返回值（数值 5）被分配给变量 b。
13. 在第 7 行，变量 b 的内容会在控制台中打印出来。在这个例子中，数值为 5。

对于一个非常简单的程序来说，这样的解释显得太过冗长，但我们甚至都还没有提到闭包。我保证会说到那里，但首先我们需要说一些其他的。

词法作用域

我们需要了解词法作用域的某些方面，看下面的例子。

1: let val1 = 2
2: function multiplyThis(n) {
3:   let ret = n * val1
4:   return ret
5: }
6: let multiplied = multiplyThis(6)
7: console.log('example of scope:', multiplied)

在本地执行上下文和全局执行上下文中都有一些变量。JavaScript 的一个复杂之处在于它的变量查找过程。如果它在本地执行上下文中找不到变量，就会在调用上下文中查找。如果没有在调用上下文中找到，最后会在全局执行上下文查找。如果还是没有找到，那它就是 undefined。

1. 在全局执行上下文中声明一个新变量 val1，并赋值为 2。
2. 第 2-5 行，声明一个新变量 multiplyThis，并将一个函数定义赋给它。
3. 第 6 行，在全局执行上下文中声明一个新变量 multiplied。
4. 从全局执行上下文内存中获取变量 multiplyThis，并将其作为函数执行。将数值 6 作为参数传递进去。
5. 新函数调用就是新的执行上下文。创建一个新的本地执行上下文。
6. 在本地执行上下文中，声明变量 n，并赋值为 6。
7. 第 3 行，在本地执行上下文中声明变量 ret。
8. 第 3 行，用两个操作数执行乘法运算：变量 n 和 val1 的内容。在本地执行上下文中查找变量 n，我们在步骤 6 中声明了它，它的内容是数值 6。在本地执行上下文中查找变量 val1，本地执行上下文中没有标记为 val1 的变量。我们从调用上下文中查找，调用上下文也就是全局执行上下文。让我们在全局执行上下文中查找 val1。是的，它就在那里。它在步骤 1 中定义，值为数值 2。
9. 第 3 行，将两个操作数相乘，并将结果指定给变量 ret。6 * 2 = 12。ret 现在是 12。
10. 返回 ret 变量，本地执行上下文及其变量 ret 和 n 被销毁。变量 val1 不会被销毁，因为它是全局执行上下文的一部分。
11. 回到第 6 行，在调用上下文中将数值 12 分配给变量 multiplied。
12. 第 7 行，在控制台中显示变量 multiplied 的值。

所以在这个例子中，我们需要记住一个函数可以访问在其调用上下文中定义的变量，这种现象的正式名称是词法作用域。

返回函数的函数

在第一个示例中，函数 addTwo 返回一个数值。请记住，函数可以返回任何内容。让我们看一个返回函数的函数的示例，因为这对理解闭包来说很重要。

 1: let val = 7
 2: function createAdder() {
 3:   function addNumbers(a, b) {
 4:     let ret = a + b
 5:     return ret
 6:   }
 7:   return addNumbers
 8: }
 9: let adder = createAdder()
10: let sum = adder(val, 8)
11: console.log('example of function returning a function: ', sum)

让我们来逐步分析它的执行过程。

1. 第 1 行，我们在全局执行上下文中声明一个变量 val，并将数值 7 赋给该变量。
2. 第 2-8 行，我们在全局执行上下文中声明了一个名为 createAdder 的变量，并为其分配了一个函数定义。第 3 至 7 行是这个函数的定义，这个时候我们并没有跳进那个函数，只是将函数定义存储到该变量（createAdder）中。
3. 第 9 行，我们在全局执行上下文中声明一个名为 adder 的新变量，并暂时赋值为 undefined。
4. 第 9 行，我们看到了括号 ()。我们需要执行或调用函数。我们在全局执行上下文的内存中查找名为 createAdder 的变量，它是在第 2 步中创建的。找到它，然后调用它。
5. 第 2 行，调用一个函数，创建了一个新的本地执行上下文。我们可以在新的执行上下文中创建局部变量，引擎将新上下文添加到调用栈。这个函数没有参数，所以直接进入它的函数体。
6. 3-6 行，我们有一个新的函数声明，我们在本地执行上下文中创建变量 addNumbers，这很重要。addNumbers 仅在本地执行上下文中存在，我们将函数定义存储在名为 addNumbers 的局部变量中。
7. 第 7 行，我们返回变量 addNumbers 的内容。引擎查找名为 addNumbers 的变量，这是一个函数定义。一个函数可以返回任何东西，包括函数定义，所以我们返回 addNumbers 的定义。第 4 行和第 5 行的括号之间的任何内容构成了函数定义，我们还从调用栈中删除了本地执行上下文。
8. 在 return 语句之后，本地执行上下文被销毁，addNumbers 变量也不复存在，但函数定义仍然存在，它从函数返回并赋给变量 adder，这是我们在第 3 步中创建的变量。
9. 第 10 行，我们在全局执行上下文中定义了一个新的变量 sum，临时赋值 undefined。
10. 接下来我们需要执行一个函数，哪个函数？在名为 adder 的变量中定义的函数。我们在全局执行环境中查找它，这是一个带两个参数的函数。
11. 我们先拿到两个参数，这样就可以调用函数并将正确的参数传给它。第一个是变量 val，在步骤 1 中定义的，它代表数值 7，第二个是数值 8。
12. 现在我们要执行这个函数，函数体是在第 3-5 行定义的。创建一个新的本地执行上下文。在本地上下文中，创建了两个新变量：a 和 b。它们分别被赋值为 7 和 8，因为它们是在上一步传给函数的参数。
13. 第 4 行，在本地执行上下文中声明一个新变量 ret。
14. 第 4 行，执行加法运算，其中我们变量 a 的内容和变量 b 的内容相加，再将相加的结果（15）赋给变量 ret。
15. 从函数返回变量 ret，本地执行上下文被销毁，并从调用栈中删除，变量 a、b 和 ret 不再存在。
16. 返回的值被赋给我们在步骤 9 中定义的 sum 变量。
17. 我们将 sum 的值打印到控制台。

正如预期的那样，控制台将打印出 15。我想说明几点：首先，函数定义可以存储在变量中，函数定义在被调用之前对程序是不可见的。其次，每次调用函数时，就会临时创建一个本地执行上下文，当函数执行结束时，执行上下文就被销毁。函数在遇到 return 语句或结束括号}时执行结束。

现在来说说闭包

看看下面的代码，并试着弄清楚会发生什么。

 1: function createCounter() {
 2:   let counter = 0
 3:   const myFunction = function() {
 4:     counter = counter + 1
 5:     return counter
 6:   }
 7:   return myFunction
 8: }
 9: const increment = createCounter()
10: const c1 = increment()
11: const c2 = increment()
12: const c3 = increment()
13: console.log('example increment', c1, c2, c3)

现在让我们来看看这段代码将如何执行：

1. 第 1-8 行，我们在全局执行上下文中创建了一个新变量 createCounter，它包含了一个函数定义。
2. 第 9 行，我们在全局执行上下文中声明了一个名为 increment 的新变量。
3. 第 9 行，我们调用 createCounter 函数并将其返回值赋给 increment 变量。
4. 第 1-8 行，调用函数，创建新的本地执行上下文。
5. 第 2 行，在本地执行上下文中，声明一个名为 counter 的新变量，并赋值为 0。
6. 第 3-6 行，在本地执行上下文中声明名为 myFunction 的新变量。变量的内容是另一个函数定义，也就是第 4 行和第 5 行。
7. 第 7 行，返回 myFunction 变量的内容。删除本地执行上下文，myFunction 和 counter 不再存在，控制权返回到调用上下文。
8. 第 9 行，在调用上下文（全局执行上下文）中，createCounter 返回的值被赋给了 increment。变量 increment 现在包含了一个函数定义，也就是 createCounter 返回的函数定义。它不再被标记为 myFunction，但定义没有变化。在全局上下文中，它被标记为 increment。
9. 第 10 行，声明一个新变量（c1）。
10. 继续第 10 行，查找变量 increment，它是一个函数，然后调用它。它包含了之前返回的函数定义，也就是第 4-5 行所定义的内容。
11. 创建新的执行上下文，没有参数，开始执行这个函数。
12. 第 4 行，counter = counter + 1，在本地执行上下文中查找变量 counter。我们只是创建了上下文，并没有声明任何局部变量。在全局执行上下文中，没有标记为 counter 的变量。Javascript 将会执行 counter = undefined + 1，声明一个标记为 counter 的新局部变量，并为其指定数值 1，因为 undefined 其实被视为 0。
13. 第 5 行，我们返回 counter 的值，也就是数值 1。我们销毁本地执行上下文和变量 conter。
14. 第 10 行，返回值（1）被分配给 c1。
15. 第 11 行，我们重复步骤 10-14，c2 也被赋值为 1。
16. 第 12 行，我们重复步骤 10-14，c3 也被赋值为 1。
17. 第 13 行，我们记录变量 c1、c2 和 c3 的值。

亲自尝试一下，看看会发生什么。你会注意到它并不像你预想地那样输出 1、1 和 1，而是输出了 1、2 和 3。为什么会这样？

increment 函数会记住 counter 的值，为什么会这样？

counter 是全局执行上下文的一部分吗？试试 console.log(counter)，你将得到 undefined，所以它不是。

所以，肯定存在另一种被我们忽略的机制——也就是闭包。

下面是它的工作原理。每当声明一个新函数并将其赋值给变量时，实际上是保存了函数定义和闭包。闭包包含了创建函数时声明的所有变量，就像一个背包一样——函数定义附带一个小背包。这个背包保存了创建函数时声明的所有变量。

所以我们上面的解释都是错误的，让我们再试一次，但这次是正确的。

 1: function createCounter() {
 2:   let counter = 0
 3:   const myFunction = function() {
 4:     counter = counter + 1
 5:     return counter
 6:   }
 7:   return myFunction
 8: }
 9: const increment = createCounter()
10: const c1 = increment()
11: const c2 = increment()
12: const c3 = increment()
13: console.log('example increment', c1, c2, c3)

1. 第 1-8 行，我们在全局执行上下文中创建了一个新变量 createCounter，它包含了一个函数定义，与上面相同。
2. 第 9 行，我们在全局执行上下文中声明一个名为 increment 的新变量，与上面相同。
3. 第 9 行，我们调用 createCounter 函数并将其返回值赋给 increment 变量，与上面相同。
4. 第 1-8 行，调用函数，创建新的本地执行上下文，与上面相同。
5. 第 2 行，在本地执行上下文中声明一个名为 counter 的新变量，并赋值为 0，与上面相同。
6. 第 3-6 行，在本地执行上下文中声明名为 myFunction 的新变量。变量的内容是另一个函数的定义，即第 4 行和第 5 行所定义的内容。我们还创建了一个闭包并将其作为函数定义的一部分，闭包含包含函数作用域内的变量，在本例中为变量 counter（值为 0）。
7. 第 7 行，返回 myFunction 变量的内容，删除本地执行上下文。myFunction 和 counter 不再存在，控制权返回到调用上下文。所以我们返回函数定义及其闭包，闭包中包含创建函数时声明的变量。
8. 第 9 行，在调用上下文（全局执行上下文）中，createCounter 返回的值被赋给 increment。变量 increment 现在包含一个函数定义（和闭包），其中函数定义由 createCounter 返回。它不再被标记为 myFunction，但定义是一样的。在全局上下文中，它被称为 increment。
9. 第 10 行，声明一个新变量（c1）。
10. 第 10 行，查找变量 increment，它是一个函数，调用它，它包含之前返回的函数定义，也就是第 4-5 行所定义的内容（还有一个带变量的闭包）。
11. 创建新的执行上下文，没有参数，开始执行这个函数。
12. 第 4 行，counter = counter + 1。我们需要查找变量 counter。在查看本地或全局执行上下文之前，先让我们来看看闭包。请注意，闭包包含一个名为 counter 的变量，其值为 0。在第 4 行的表达式之后，它的值被设置为 1，然后再次保存在闭包中。闭包现在包含了值为 1 的变量 counter。
13. 第 5 行，我们返回 counter 的值或数值 1，销毁本地执行上下文。
14. 返回第 10 行，返回值（1）被分配给 c1。
15. 第 11 行，我们重复步骤 10-14。这次，我们可以看到变量 counter 的值为 1，这个值是在第 4 行代码中设置的。它的值加 1，并在 increment 函数的闭包中存为 2。c2 被赋值为 2。
16. 第 12 行，我们重复步骤 10-14，c3 被设为 3。
17. 第 13 行，我们记录变量 c1、c2 和 c3 的内容。

所以现在我们了解闭包的工作原理。当声明一个函数时，它包含一个函数定义和一个闭包。闭包是函数创建时声明的变量的集合。

你可能会问，任何函数是否都有闭包，包括在全局范围内创建的函数？答案是肯定的。在全局范围中创建的函数也会创建一个闭包。但由于这些函数是在全局范围内创建的，因此它们可以访问全局范围内的所有变量，就无所谓闭包不闭包了。

当一个函数返回另一个函数时，才会真正涉及闭包。返回的函数可以访问仅存在于其闭包中的变量。

不经意的闭包

有时候闭包会在你不经意的时候出现，你可能已经看到了我们称之为局部应用程序的示例，如下面的代码所示。

let c = 4
const addX = x => n => n + x
const addThree = addX(3)
let d = addThree(c)
console.log('example partial application', d)

如果不使用箭头函数，等效的代码如下。

let c = 4
function addX(x) {
  return function(n) {
     return n + x
  }
}
const addThree = addX(3)
let d = addThree(c)
console.log('example partial application', d)

我们声明了一个通用加法函数 addX，它接受一个参数（x）并返回另一个函数。

返回的函数也接受一个参数并将其与变量 x 相加。

变量 x 是闭包的一部分，当在本地上下文中声明变量 addThree 时，它会分配到一个函数定义和一个闭包，闭包含变量 x。

所以，当调用并执行 addThree 时，它可以从闭包中访问变量 x 和变量 n（作为参数传递进去），并返回相加的和。

在这个示例中，控制台将打印数字 7。

结论

我通过背包类比的方式记住了闭包。当创建和传递一个函数或将其从另一个函数返回时，这个函数就带有一个背包，背包中包含了所有在创建函数时声明的变量。

英文原文： https://medium.com/dailyjs/i-never-understood-javascript-closures-9663703368e8

感谢覃云对本文的策划和无明的审校。