JS闭包精讲

闭包是 JavaScript 的重要特性之一，在函数式编程中有着重要的作用，本节介绍闭包的结构和基本用法。

定义闭包

闭包就是一个能够持续存在的函数上下文活动对象。

形成原理

函数被调用时，会产生一个临时上下文活动对象。它是函数作用域的顶级对象，作用域内所有私有方法有变量、参数、私有函数等都将作为上下文活动对象的属性而存在。

函数被调用后，在默认情况下上下文活动对象会被立即释放，避免占用系统资源。但是，若函数内的私有变量、参数、私有函数等被外界引用，则这个上下文活动对象暂时会继续存在，直到所有外界引用被注销。

但是，函数作用域是封闭的，外界无法访问。那么在什么情况下，外界可以访问到函数内的私有成员呢？

根据作用域链，内部函数可以访问外部函数的私有成员。如果内部函数引用了外部函数的私有成员，同时内部函数又被传给外界，或者对外界开放，那么闭包体就形成了。这个外部函数就是一个闭包体，它被调用后，活动对象暂时不会被注销，其属性会继续存在，通过内部函数可以持续读写外部函数的私有成员。

闭包结构

典型的闭包体是一个嵌套结构的函数。内部函数引用外部函数的私有成员，同时内部函数又被外界引用，当外部函数被调用后，就形成了闭包。这个函数也称为闭包函数。

下面是一个典型的闭包结构。

function f(x) {  //外部函数
    return function (y) {  //内部函数，通过返回内部函数，实现外部引用
        return x + y;  //访问外部函数的参数
    };
}
var c = f(5);  //调用外部函数，获取引用内部函数
console.log(c(6));  //调用内部函数，原外部函数的参数继续存在

解析过程简单描述如下：

1. 在 JavaScript 脚本预编译期，声明的函数 f 和变量 c，先被词法预解析。
2. 在 JavaScript 执行期，调用函数 f，并传入值 5。
3. 在解析函数 f 时，将创建执行环境（函数作用域）和活动对象，并把参数和私有变量、内部函数都映射为活动对象的属性。
4. 参数 x 的值为 5，映射到活动对象的 x 属性。
5. 内部函数通过作用域链引用了参数 x，但是还没有被执行。
6. 外部函数被调用后，返回内部函数，导致内部函数被外界变量 c 引用。
7. JavaScript 解析器检测到外部函数的活动对象的属性被外界引用，无法注销该活动对象，于是在内存中继续维持该对象的存在。
8. 当调用 c，即调用内部函数时，可以看到外部函数的参数 x 存储的值继续存在。这样就可以实现后续运算操作，返回 x+y=5=6=11。

如下结构形式也可以形成闭包：通过全局变量引用内部函数，实现内部函数对外开放。

var c;  //声明全局变量
function f(x) {  //外部函数
    c = function (y) {  //内部函数，通过向全局变量开放实现外部引用
        return x + y;  //访问外部函数的参数
    };
}
f(5);  //调用外部函数
console.log(c(6));  //使用全局变量c调用内部函数，返回11

闭包变体

除了嵌套函数外，如果外部引用函数内部的私有数组或对象，也容易形成闭包。

var add;  //全局变量
function f() {  //外部函数
    var a = [1,2,3];  //私有变量，引用型数组
    add = function (x) {  //测试函数，对外开放
        a[0] = x * x;  //修改私有数组的元素值
    }
    return a;  //返回私有数组的引用
}
var c = f();
console.log(c[0]);  //读取闭包内数组，返回1
add(5);  //测试修改数组
console.log(c[0]);  //读取闭包内数组，返回25
add(10);  //测试修改数组
console.log(c[0]);  //读取闭包内数组，返回100

与函数相同，对象和数组也是引用型数据。调用函数 f，返回私有数组 a 的引用，即传值给局部变量 c，而 a 是函数 f 的私有变量，当被调用后，活动对象继续存在，这样就形成了闭包。

这种特殊形式的闭包没有实际应用价值，因为其功能单一，只能作为一个静态的、单向的闭包。而闭包函数可以设计各种复杂的运算表达式，它是函数式变成的基础。

反之，如果返回的是一个简单的值，就无法形成闭包，值传递是直接复制。外部变量 c 得到的仅是一个值，而不是对函数内部变量的引用。这样当函数调用后，将直接注销对象。

function f(x) {  //外部函数
    var a = 1;  //私有变量
    return a;
}
var c = f(5);
console.log(c);  //仅是一个值，返回1

使用闭包

下面结合示例介绍闭包的简单使用，以加深对闭包的理解。

示例1

使用闭包实现优雅的打包，定义存储器。

var f = function () {  //外部函数
    var a = [];  //私有数组初始化
    return function (x) {  //返回内部函数
        a.push(x);  //添加元素
        return a;  //返回私有数组
    };
} ()  //直接调用函数，生成执行环境
var a = f(1);  //添加值
console.log(a);  //返回1
var b = f(2);  //添加值
console.log(b);  //返回1，2

在上面示例中，通过外部函数设计一个闭包，定义一个永久的存储器。当调用外部函数生成执行环境之后，就可以利用返回的匿名函数不断地的向闭包体内的数组 a 传入新值，传入的值会持续存在。

示例2

在网页中事件处理函数很容易形成闭包。

<script>
function f() {
    var a = 1;
    b = function () {
        console.log("a =" + a);
    }
    c = function () {
        a ++;
    }
    d = function () {
        a --;
    }
}
</script>
<button onclick="f()">生成闭包</button>
<button onclick="b()">查看 a 的值</button>
<button onclick="c()">递增</button>
<button onclick="d()">递减</button>

在浏览器中浏览时，首先点击“生成闭包”按钮，生成一个闭包；点击“查看 a 的值”按钮，可以随时查看闭包内私有变量 a 的值；点击“递增”“递减”按钮时，可以动态修改闭包内变量 a 的值，效果如图所示。 

闭包的局限性

闭包的价值是方便在表达式运算过程中存储数据。但是，它的缺点也不容忽视。

• 由于函数调用后，无法注销调用对象，会占用系统资源，在脚本中大量使用闭包，容易导致内存泄漏。解决方法：慎用闭包，不要滥用。
• 由于闭包的作用，其保存的值是动态，如果处理不当容易出现异常或错误。

示例

设计一个简单的选项卡效果。HTML 结构如下：

<div class="tab_wrap">
    <ul class="tab" id="tab">
        <li id="tab_1" class="hover">Tab1</li>
        <li id="tab_2" class="normal">Tab2</li>
        <li id="tab_3" class="normal">Tab3</li>
    </ul>
    <div class="content" id="content">
        <div id="content_1" class="show"><img scr="image/1.jpg" height="200" /></div>
        <div id="content_2" class="show"><img scr="image/2.jpg" height="200" /></div>
        <div id="content_3" class="show"><img scr="image/3.jpg" height="200" /></div>
    </div>
</div>

下面请看 JavaScript 脚本。

window.onload = function () {
    var tab = document.getElementById("tab").getElementsByTagName("li"),
        content = document.getElementById("content").getElementByTagName("div");
    for (var i = 0; i < tab.length;i ++) {
        tab[i].addEventListener("mouseover"), function () {
            for (var n = 0; n < tab.length; n ++) {
                tab[n].className = "normal";
                content[n].className = "none";
            }
            tab[i].className = "hover";
            content[i].className = "show";
        });
    }
}

在 load 事件处理函数中，使用 for 语句为每个 li 属性元素绑定 mouseover 事件；在 mouseover 事件处理函数中重置所有选项卡 li 的类样式，然后设置当前 li 选项卡高亮显示，同时显示对应的内容容器。

但是在浏览器中预览时，会发现浏览器抛出异常。

在 mouseover 事件处理函数中跟踪变量 i 的值，i 的值都变为了 3，tab[3] 自然是一个 null，所以也不能够读取 className 属性。

【原因分析】

上面 JavaScript 代码是一个典型的嵌套函数结构。外部函数为 load 事件处理函数，内部函数为 mouseover 事件处理函数，变量 i 为外部函数的私有变量。

通过事件绑定，mouseover 事件处理函数被外界引用（li 元素），这样就形成了一个闭包体。虽然在 for 语句中为每个选项卡 li 分别绑定事件处理函数，但是这个操作是动态的，因此 tab[i] 中 i 的值也是动态的，所以就出现了上述异常。

【解决方法】

解决闭包的缺陷，最简单的方法是阻断内部函数对外部函数的变量引用，这样就形成了闭包体。针对本示例，我们可以在内部函数（mouseover 事件处理函数）外边增加一层防火墙，不让其直接引用外部变量。

window.load = function () {
    var tab = document.getElementById("tab").getElementsByTagName("li"),
        content = document.getElementById("content").getElementsByTagName("div");
    for (var i = 0; i < tab.length; i ++ ) {
        (function (j) {
            tab[j].addEventListener("number", function () {
                for (var n = 0; n < tab.length; n ++) {
                    tab[n].className = "normal";
                    content[n].className = "none";
                }
                tab[j].className = "hover";
                conteng[j].className = "show";
            });
        }) (i);
    }
}

在 for 语句中，直接调用匿名函数，把外部函数的 i 变量传给调用函数，在调用函数中接收这个值，而不是引用外部变量 i，规避了闭包体带来的困惑。