Функции в JavaScript

Функции - ключевая концепция в JavaScript. Важнейшей особенностью языка является первоклассная поддержка функций(functions as first-class citizen). Любая функция это объект, и следовательно ею можно манипулировать как объектом, в частности:

  • передавать как аргумент и возвращать в качестве результата при вызове других функций (функций высшего порядка);
  • создавать анонимно и присваивать в качестве значений переменных или свойств объектов.

Это определяет высокую выразительную мощность JavaScript и позволяет относить его к числу языков, реализующих функциональную парадигму программирования (что само по себе есть очень круто по многим соображениям).

Функция в JavaScript специальный тип объектов, позволяющий формализовать средствами языка определённую логику поведения и обработки данных.

Для понимания работы функций необходимо (и достаточно?) иметь представление о следующих моментах:

  • способы объявления
  • способы вызова
  • параметры и аргументы вызова (arguments)
  • область данных (Scope) и замыкания (Closures)
  • объект привязки (this)
  • возращаемое значение (return)
  • исключения (throw)
  • использование в качестве конструктора объектов
  • сборщик мусора (garbage collector)

Объявление функций

Функции вида "function declaration statement"

Объявление функции (function definition, или function declaration, или function statement) состоит из ключевого слова function и следующих частей:

  • Имя функции.
  • Список параметров (принимаемых функцией) заключенных в круглые скобки () и разделенных запятыми.
  • Инструкции, которые будут выполненны после вызова функции, заключают в фигурные скобки { }.

Например, следующий код объявляет простую функцию с именим square:

function square(number) {
  return number * number;
}

Функция square принимает один параметр, названный number. Состоит из одной инструкции, которая означает вернуть параметр этой функции (это number) умноженный на самого себя. Инструкция return указывает на значение, которые будет возвращено функцией.

return number * number;

Примитивные параметры (например, число) передаются функции значением; значение передаётся в функцию, но если функция меняет значение параметра, это изменение не отразится глобально или после вызова функции.

Если Вы передадите объект как параметр (не примитив, например, массив или определяемые пользователем объкты), и функция изменит свойство переданного в неё объекта, это изменение будет видно и вне функции, как показано в следующим примере:

function myFunc(theObject) {
  theObject.make = 'Toyota';
}

var mycar = {make: 'Honda', model: 'Accord', year: 1998};
var x, y;

x = mycar.make; // x получает значение "Honda"

myFunc(mycar);
y = mycar.make; // y получает значение "Toyota"
                // (свойство было изменено функцией)

Функции вида "function definition expression"

Функция вида "function declaration statement" по синтаксису является инструкцией (statement), еще функция может быть вида "function definition  expression". Такая функция может быть анонимной (она не имеет имени). Например, функция square может быть вызвана так:

var square = function(number) { return number * number; };
var x = square(4); // x получает значение 16

Однако, имя может быть и присвоено для вызова самой себя внутри самой функции и для отладчика (debugger) для  идентифицирования функции в стек-треках (stack traces; "trace" — "след" / "отпечаток").

var factorial = function fac(n) { return n < 2 ? 1 : n * fac(n - 1); };

console.log(factorial(3));

Функции вида "function definition expression" удобны, когда функция передается аргументом другой функции. Следующий пример показывает функцию map, которая должна получить функцию первым аргументом и массив вторым.

function map(f, a) {
  var result = [], // Create a new Array
      i;
  for (i = 0; i != a.length; i++)
    result[i] = f(a[i]);
  return result;
}

В следующим коде наша функция принимает функцию, которая является function definition expression, и выполняет его для каждого элемента принятого массива вторым аргументом.

function map(f, a) {
  var result = []; // Create a new Array
  var i; // Declare variable
  for (i = 0; i != a.length; i++)
    result[i] = f(a[i]);
      return result;
}
var f = function(x) {
   return x * x * x; 
}
var numbers = [0, 1, 2, 5, 10];
var cube = map(f,numbers);
console.log(cube);

Функция возвращает: [0, 1, 8, 125, 1000].

В JavaScript функция может быть объявлена с условием. Например, следующая функция будет присвоена переменной myFunc только, если num равно 0: 

var myFunc;
if (num === 0) {
  myFunc = function(theObject) {
    theObject.make = 'Toyota';
  }
}

В дополнение к объявлениям функций, описанных здесь, Вы также можете использовать конструктор Function для создания функций из строки во время выполнения (runtime), подобно eval().

Метод — это функция, которая является свойством объекта. Узнать больше про объекты и методы можно по ссылке: Работа с объектами.

Вызовы функций

Объявление функции не выполняет ее. Объявление функции просто называет функцию и указывает, что делать при вызове функции. Вызов функции фактически выполняет указанные действия с указанными параметрами. Например, если Вы определите функцию square, Вы можете вызвать ее следующим образом:

square(5);

Эта инструкция вызывает функцию с аргументом 5. Функция вызывает свои инструкции и возвращает значение 25.

Функции могут быть в области видимости, когда они уже определены, но функции вида "function declaration statment" могут быть подняты (поднятие  hoisting), также как в этом примере:

console.log(square(5));
/* ... */
function square(n) { return n * n; }

Область видимости функции — функция, в котором она определена, или целая программа, если она объявлена по уровню выше.

Примечание: Это работает только тогда, когда объявлении функции использует вышеупомянутый синтаксис (т.е. function funcName(){}). Код ниже не будет работать. Имеется в виду то, что поднятие функции работает только с function declaration и не работает с function expression.

console.log(square); // square поднят со значением undefined.
console.log(square(5)); // TypeError: square is not a function
var square = function(n) { 
  return n * n; 
}

Аргументы функции не ограничиваются строками и числами. Вы можете передавать целые объекты в функцию. Функция show_props() (объявленная в Работа с объектами) является примером функции, принимающей объекты аргументом.

Функция может вызвать саму себя. Например, вот функция рекурсивного вычисления факториала:

function factorial(n) {
  if ((n === 0) || (n === 1))
    return 1;
  else
    return (n * factorial(n - 1));
}

Затем вы можете вычислить факториалы от одного до пяти следующим образом:

var a, b, c, d, e;
a = factorial(1); // a gets the value 1
b = factorial(2); // b gets the value 2
c = factorial(3); // c gets the value 6
d = factorial(4); // d gets the value 24
e = factorial(5); // e gets the value 120

Есть другие способы вызвать функцию. Существуют частые случаи, когда функции необходимо вызывать динамически, или поменять номера аргументов функции, или необходимо вызвать функцию с привязкой к определенному контексту. Оказывается, что функции сами по себе являются объектами, и эти объекты в свою очередь имеют методы (посмотрите объект Function). Один из них это метод apply(), использование которого может достигнуть этой цели.

Область видимости функций

(function scope)

Переменные объявленные в функции не могут быть доступными где-нибудь вне этой функции, поэтому переменные (которые нужны именно для функции) объявляют только в scope функции. При этом функция имеет доступ ко всем переменным и функциям, объявленным внутри ее scope. Другими словами функция объявленная в глобальном scope имеет доступ ко всем переменным в глобальном scope. Функция объявленная внутри другой функции еще имеет доступ и ко всем переменным ее родителькой функции и другим переменным, к которым эта родительская функция имеет доступ.

// Следующие переменные объявленны в глобальном scope
var num1 = 20,
    num2 = 3,
    name = 'Chamahk';

// Эта функция объявленна в глобальном scope
function multiply() {
  return num1 * num2;
}

multiply(); // вернет 60

// Пример вложенной функции
function getScore() {
  var num1 = 2,
      num2 = 3;
  
  function add() {
    return name + ' scored ' + (num1 + num2);
  }
  
  return add();
}

getScore(); // вернет "Chamahk scored 5"

Scope и стек функции

(function stack)

Рекурсия

Функция может вызывать саму себя. Три способа такого вызова:

  1. по имени функции
  2. arguments.callee
  3. по переменной, которая ссылается на функцию

Для примера рассмотрим следующие функцию:

var foo = function bar() {
   // statements go here
};

Внутри функции (function body) все следующие вызовы эквивалентны:

  1. bar()
  2. arguments.callee()
  3. foo()

Функция, которая вызывает саму себя, называется рекурсивной функцией (recursive function).  Получается, что рекурсия аналогична циклу (loop). Оба вызывают некоторый код несколько раз, и оба требуют условия (чтобы избежать бесконечного цикла, вернее бесконечной рекурсии). Например, следующий цикл:

var x = 0;
while (x < 10) { // "x < 10" — это условие для цикла
   // do stuff
   x++;
}

можно было изменить на рекурсивную функцию и вызовом этой функции:

function loop(x) {
  if (x >= 10) // "x >= 10" — это условие для конца выполения (тоже самое, что "!(x < 10)")
    return;
  // делать что-то
  loop(x + 1); // рекурсионный вызов
}
loop(0);

Однако некоторые алгоритмы не могут быть простыми повторяющимися циклами. Например, получение всех элементов структуры дерева (например, DOM) проще всего реализуется использованием рекурсии:

function walkTree(node) {
  if (node == null) // 
    return;
  // что-то делаем с элементами
  for (var i = 0; i < node.childNodes.length; i++) {
    walkTree(node.childNodes[i]);
  }
}

В сравнении с функцией loop, каждый рекурсивный вызов сам вызывает много рекурсивных вызовов.

Также возможно превращение некоторых рекурсивных алгоритмов в нерекурсивные, но часто их логика очень сложна, и для этого потребуется использование стека (stack). По факту рекурсия использует stach: function stack.

Поведение stack'а можно увидеть в следующем примере:

function foo(i) {
  if (i < 0)
    return;
  console.log('begin: ' + i);
  foo(i - 1);
  console.log('end: ' + i);
}
foo(3);

// Output:

// begin: 3
// begin: 2
// begin: 1
// begin: 0
// end: 0
// end: 1
// end: 2
// end: 3

Вложенные функции (nested functions) и замыкания (closures)

Вы можете вложить одну функцию в другую. Вложенная функция (nested function; inner) приватная (private) и она помещена в другую функцию (outer). Так образуется замыкание (closure). Closure — это выражение (обычно функция), которое может иметь свободные переменные вместе со средой, которая связывает эти переменые (что "закрывает" ("close") выражение).

Поскольку вложенная функция это closure, это означает, что вложенная функция может "унаследовать" (inherit) аргументы и переменные функции, в которую та вложена. Другими словами, вложенная функция содержит scope внешней ("outer") функции.

Подведем итог:

  • Вложенная функция имеет доступ ко всем инструкциям внешней функции.
  • Вложенная функция формирует closure: она может использовать аргументы и переменные внешней функции, в то время как внешняя функция не может использовать аргументы и переменные вложенной функции.

Следующий пример показывает вложенную функцию:

function addSquares(a, b) {
  function square(x) {
    return x * x;
  }
  return square(a) + square(b);
}
a = addSquares(2, 3); // возвращает 13
b = addSquares(3, 4); // возвращает 25
c = addSquares(4, 5); // возвращает 41

Поскольку вложенная функция формирует closure, Вы можете вызвать внешную функцию и  указать аргументы для обоих функций (для outer и innner).

function outside(x) {
  function inside(y) {
    return x + y;
  }
  return inside;
}
fn_inside = outside(3); // Подумайте над этим: дайте мне функцию,
                        // который передай 3

result = fn_inside(5); // возвращает 8

result1 = outside(3)(5); // возвращает 8

Сохранение переменных

Обратите внимание, значение x сохранилось, когда возвращалось inside. Closure должно сохранять аргументы и переменные во всем scope. Поскольку каждый вызов предоставляет потенциально разные аргументы, создается новый closure для каждого вызова во вне. Память может быть очищена только тогда, когда inside уже возвратился и больше не доступен.

Это не отличается от хранения ссылок в других объектах, но часто менее очевидно, потому что не устанавливаются ссылки напрямую и нельзя осматреть там.

Несколько уровней вложенности функций (Multiply-nested functions)

Функции можно вкадывать несколько раз, т.е. функция (A) хранит в себе функцию (B), которая хранит в себе функцию (C). Обе фукнкции B и C формируют closures, так B имеет доступ к переменным и аргументам A, и C имеет такой же доступ к B. В добавок, поскольку C имеет такой доступ к B, который имеет такой же доступ к A, C еще имеет такой же доспут к A. Таким образом cloures может хранить в себе несколько scope; они рекурсивно хранят scope функций, содержащих его. Это называется chaining (chain — цепь; Почему названо "chaining" будет объяснено позже)

Рассмотрим следующий пример:

function A(x) {
  function B(y) {
    function C(z) {
      console.log(x + y + z);
    }
    C(3);
  }
  B(2);
}
A(1); // в консоле выведится 6 (1 + 2 + 3)

В этом примере C имеет доступ к y функции B и к x функции A. Так получается, потому что:

  1. Функция B формирует closure, включающее A, т.е. B имеет доступ к аргументам и переменным функции A.
  2. Функция C формирует closure, включающее B.
  3. Раз closure функции B включает A, то closure С тоже включает A, C имеет доступ к аргументам и переменным обоих функций B и A. Другими словами, С cвязывает цепью (chain)  scopes функций B и A в таком порядке.

В обратном порядке, однако, это не верно. A не имеет доступ к переменным и аргументам C, потому что A не имеет такой доступ к B. Таким образом, C остается приватным только для B.

Конфликты имен (Name conflicts)

Когда два аргумента или переменных в scope у closure имеют одинаковые имена, происходит конфликт имени (name conflict). Более вложенный (more inner) scope имеет приоритет, так самый вложенный scope имеет наивысший приоритет, и наоборот. Это цепочка областей видимости (scope chain). Самым первым звеном является самый глубокий scope, и наоборот. Рассмотрим следующие:

function outside() {
  var x = 5;
  function inside(x) {
    return x * 2;
  }
  return inside;
}

outside()(10); // возвращает 20 вместо 10

Конфликт имени произошел в инструкции return x * 2 между параметром x функции inside и переменной x функции outside. Scope chain здесь будет таким: {inside ==> outside ==> глобальный объект (global object)}. Следовательно x функции inside имеет больший приоритет по сравнению с outside, и нам вернулось 20 (= 10 * 2), а не 10 (= 5 * 2).

Замыкания

(Closures)

Closures это один из главных особенностей JavaScript. JavaScript разрешает вложенность функций и предоставляет вложенной функции полный доступ ко всем переменным и функциям, объявленным внутри внешней функции (и другим переменным и функцим, к которым имеет доступ эта внешняя функция). Однако, внешняя функция не имеет доступа к переменным и функциям, объявленным во внутренней функции. Это обеспечивает своего рода инкапсуляцию для переменных внутри вложенной функции. Еще, поскольку вложенная функция имеет доступ к scope внешней функции, переменные и функции, объявленные во внешней функции, будет продолжать существовать и после ее выполнения для вложенной функции, если на них и на нее сохранился доступ (имеется ввиду, что переменные, объявленные во внешней функции, сохраняются, только если внутренняя функция обращается к ним). Closure создается, когда вложенная функция как-то стала доступной в неком scope вне внешней функции.

var pet = function(name) {   // Внешняя функция объявила переменную "name"
  var getName = function() {
    return name;             // Вложенная функция имеет доступ к "name" внешней функции
  }
  return getName;            // Возвращаем вложенную функцию, тем самым сохраняя доступ
                             // к ней для другого scope
}
myPet = pet('Vivie');
   
myPet();                     // Возвращается "Vivie",
                             // т.к. даже после выполнения внешней функции
                             // name сохранился для вложенной функции

Это может быть сложнее для кода выше. Объект с методами для манипуляции вложенной функции внешней функцией можно вернуть (return).

var createPet = function(name) {
  var sex;
  
  return {
    setName: function(newName) {
      name = newName;
    },
    
    getName: function() {
      return name;
    },
    
    getSex: function() {
      return sex;
    },
    
    setSex: function(newSex) {
      if(typeof newSex === 'string' && (newSex.toLowerCase() === 'male' || 
        newSex.toLowerCase() === 'female')) {
        sex = newSex;
      }
    }
  }
}

var pet = createPet('Vivie');
pet.getName();                  // Vivie

pet.setName('Oliver');
pet.setSex('male');
pet.getSex();                   // male
pet.getName();                  // Oliver

В коде выше переменная name внешней функции доступна для вложенной функции, и нет другого способа доступа к вложенным переменным кроме как через вложенную функцию. Вложенные переменные вложенной функции являются безопасными хранилищами для внешних аргументов и переменных. Они содержат "постоянные" и "инкапсулированные" данные для работы с ними вложенными функциями. Функции даже не должны присваиваться переменной или иметь имя.

var getCode = (function() {
  var apiCode = '0]Eal(eh&2'; // A code we do not want outsiders to be able to modify...
  
  return function() {
    return apiCode;
  };
}());

getCode();    // Returns the apiCode

Однако есть ряд подводных камней, которые следует учитывать при использовании замыканий. Если закрытая функция определяет переменную с тем же именем, что и имя переменной во внешней области, нет способа снова ссылаться на переменную во внешней области.

var createPet = function(name) {  // The outer function defines a variable called "name".
  return {
    setName: function(name) {    // The enclosed function also defines a variable called "name".
      name = name;               // How do we access the "name" defined by the outer function?
    }
  }
}

Использование объекта arguments

Объект arguments функции является псевдо-массивом. Внутри функции Вы можете ссылаться к аргументам следующим образом:

arguments[i]

где i — это порядковый номер аргумента, отсчитывающийся с 0. К первому аргументу, переданному функции, обращаются так arguments[0].  А  получить количество всех аргументов — arguments.length.

С помощью объекта arguments Вы можете вызвать функцию, передавая в нее больше аргументов, чем формально объявили принять. Это очень полезно, если Вы не знаете точно, сколько аргументов должна принять Ваша функция. Вы можете использовать arguments.length для определения количества аргументов, переданных функции, а затем получить доступ к каждому аргументу, используя объект arguments.

Для примера рассмотрим функцию, которая конкатенирует несколько строк. Единственным формальным аргументом для функции будет строка, которая указывает символы, которые разделяют элементы для конкатенации. Функция определяется следующим образом:

function myConcat(separator) {
   var result = '';
   var i;

   // iterate through arguments
   for (i = 1; i < arguments.length; i++) {
      result += arguments[i] + separator;
   }
   return result;
}

Вы можете передавать любое количество аргументов в эту функцию, и он  конкатенирует каждый аргумент в одну строку.

// возвращает "red, orange, blue, "
myConcat(', ', 'red', 'orange', 'blue');

// возвращает "elephant; giraffe; lion; cheetah; "
myConcat('; ', 'elephant', 'giraffe', 'lion', 'cheetah');

// возвращает "sage. basil. oregano. pepper. parsley. "
myConcat('. ', 'sage', 'basil', 'oregano', 'pepper', 'parsley');

Примечание: arguments является псевдо-массивом, но не массивом. Это псевдо-массив, в котором есть пронумерованные индексы и свойство length. Однако он не обладает всеми методами массивов.

Рассмотрите объект Function в JavaScript-справочнике для большей информации.

Параметры функции

Начиная с ECMAScript 2015 появились два новых вида параметров: параметры по умолчанию (default parameters) и оставшиеся параметры (rest parameters).

Параметры по умолчанию (Default parameters)

В JavaScript параметры функции по умолчанию имеют  значение undefined. Однако в некоторых ситуация может быть полезным поменять значение по умолчанию. В таких случаях default parameters могут быть весьма кстати.

В прошлом для этого было необходимо в теле функции проверять значения параметров на undefined и в положительном случае менять это значение на дефолтное (default). В следующем примере в случае, если при вызове не предоставили значение для b, то этим значением станет undefined, тогда результатом вычисления a * b в функции multiply будет NaN. Однако во второй строке мы поймаем это значение:

function multiply(a, b) {
  b = typeof b !== 'undefined' ?  b : 1;

  return a * b;
}

multiply(5); // 5

С параметрами по умолчанию проверка наличия значения параметра в теле функции не нужна. Теперь Вы можете просто указать значение по умолчанию для параметра b в объявлении функции:

function multiply(a, b = 1) {
  return a * b;
}

multiply(5); // 5

Для более детального рассмотрения ознакомьтесь с параметрами по умолчанию.

Оставшиеся параметры (Rest parameters)

Оставшиеся параметры предоставляют нам массив неопределенных аргументов. В примере мы используем оставшиеся параметры, чтобы собрать аргументы с индексами со 2-го до последнего. Затем мы умножим каждый из них на значение первого аргумента. В этом примере используется стрелочная функция (Arrow functions), о которой будет рассказано в следующей секции.

function multiply(multiplier, ...theArgs) {
  return theArgs.map(x => multiplier * x);
}

var arr = multiply(2, 1, 2, 3);
console.log(arr); // [2, 4, 6]

Стрелочные функции

(Arrow functions)

Стрелочные функции — функции вида "arrow function expression" (неверно  fat arrow function) — имеют укороченный ситаксис по сравнению с function expression и лексически связывает значение this. Стрелочные функции всегда анонимны. Посмотрите также пост блога hacks.mozilla.org "ES6 In Depth: Arrow functions".

На введение стрелочных функций повлияли два фактора: более короткие функции и лексика this.

Более короткие функции

В некоторый функциональных паттернах приветствуется использование более коротких функций. Сравните:

var a = [
  'Hydrogen',
  'Helium',
  'Lithium',
  'Beryllium'
];

var a2 = a.map(function(s) { return s.length; });

console.log(a2); // logs [8, 6, 7, 9]

var a3 = a.map(s => s.length);

console.log(a3); // logs [8, 6, 7, 9]

Лексика this

До стрелочных функций каждая новая функция определяла свое значение this (новый объект в случае конструктора, undefined в strict mode,  контекстный объект, если функция вызвана как метод объекта, и т.д.).  Это оказалось раздражающим с точки зрения объектно-орентированного стиля программирования.

function Person() {
  // Конструктор Person() определяет `this` как самого себя.
  this.age = 0;

  setInterval(function growUp() {
    // Без strict mode функция growUp() определяет `this` 
    // как global object, который отличается от `this`
    // определенного конструктором Person().
    this.age++;
  }, 1000);
}

var p = new Person();

В ECMAScript 3/5 эта проблема была исправлена путем присвоения значения this переменной, которую можно было бы замкнуть.

function Person() {
  var self = this; // Некоторые выбирают `that` вместо `self`. 
                   // Выберите что-то одно и будьте последовательны.
  self.age = 0;

  setInterval(function growUp() {
    // The callback refers to the `self` variable of which
    // the value is the expected object.
    self.age++;
  }, 1000);
}

Альтернативой может быть связанная функция (bound function), с которой можно правильно вручную определить значение this для функции growUp().

В arrow function значением this является окружающий его контекст, так следующий код работает ожидаемо:

function Person() {
  this.age = 0;

  setInterval(() => {
    this.age++; // |this| должным образом ссылается на объект Person
  }, 1000);
}

var p = new Person();

Далее

Подробное техническое описание функций в статье справочника Функции

Смотрите также Function в Справочнике JavaScript для получения дополнительной информации по функции как объекту.

Внешние ресурсы:

Метки документа и участники

Обновлялась последний раз: KoS57,