闭包是函数和声明该函数的词法环境的组合。

词法作用域

考虑如下情况:

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();

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,仅在该函数体内可用。displayName() 内没有自己的局部变量,然而它可以访问到外部函数的变量,所以 displayName() 可以使用父函数 init() 中声明的变量 name 。但是,如果有同名变量 name 在 displayName() 中被定义,则会使用 displayName() 中定义的 name

运行代码可以发现 displayName() 内的 alert() 语句成功的显示了在其父函数中声明的 name 变量的值。这个词法作用域的例子介绍了引擎是如何解析函数嵌套中的变量的。词法作用域中使用的域,是变量在代码中声明的位置所决定的。嵌套的函数可以访问在其外部声明的变量。

闭包

现在来考虑如下例子 :

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

var myFunc = makeFunc();
myFunc();

运行这段代码和之前的 init() 示例的效果完全一样。其中的不同 — 也是有意思的地方 — 在于内部函数 displayName() 在执行前,被外部函数返回。

第一眼看上去,也许不能直观的看出这段代码能够正常运行。在一些编程语言中,函数中的局部变量仅在函数的执行期间可用。一旦 makeFunc() 执行完毕,我们会认为 name 变量将不能被访问。然而,因为代码运行得没问题,所以很显然在 JavaScript 中并不是这样的。

这个谜题的答案是,JavaScript中的函数会形成闭包。 闭包是由函数以及创建该函数的词法环境组合而成。这个环境包含了这个闭包创建时所能访问的所有局部变量。在我们的例子中,myFunc 是执行 makeFunc 时创建的 displayName 函数实例的引用,而 displayName 实例仍可访问其词法作用域中的变量,即可以访问到 name 。由此,当 myFunc 被调用时,name 仍可被访问,其值 Mozilla 就被传递到alert中。

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

在这个示例中,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 是一个函数工厂 — 他创建了将指定的值和它的参数相加求和的函数。在上面的示例中,我们使用函数工厂创建了两个新函数 — 一个将其参数和 5 求和,另一个和 10 求和。

add5add10 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)与一个或者多个方法相关联。

 

 

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(比如点击或者按键)。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;
}

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);

size12size14size16 三个函数将分别把 body 文本调整为 12,14,16 像素。我们可以将它们分别添加到按钮的点击事件上。如下所示:

document.getElementById('size-12').onclick = size12;
document.getElementById('size-14').onclick = size14;
document.getElementById('size-16').onclick = size16;
<a href="#" id="size-12">12</a>
<a href="#" id="size-14">14</a>
<a href="#" id="size-16">16</a> 

用闭包模拟私有方法

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它方法所调用。

 

 

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。

下面的示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;
  function changeBy(val) {
    privateCounter += val;
  }
  return {
    increment: function() {
      changeBy(1);
    },
    decrement: function() {
      changeBy(-1);
    },
    value: function() {
      return privateCounter;
    }
  }   
})();

console.log(Counter.value()); /* logs 0 */
Counter.increment();
Counter.increment();
console.log(Counter.value()); /* logs 2 */
Counter.decrement();
console.log(Counter.value()); /* logs 1 */

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.decrementCounter.value

 

 

该共享环境创建于一个立即执行的匿名函数体内。这个环境中包含两个私有项:名为 privateCounter 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。

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外一个变量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()); /* logs 0 */
Counter1.increment();
Counter1.increment();
console.log(Counter1.value()); /* logs 2 */
Counter1.decrement();
console.log(Counter1.value()); /* logs 1 */
console.log(Counter2.value()); /* logs 0 */

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。

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。参考下面的示例:

<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>
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(); 

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。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)已经指向了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:

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(); 

这段代码可以如我们所期望的那样工作。所有的回调不再共享同一个环境, makeHelpCallback 函数为每一个回调创建一个新的词法环境。在这些环境中,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();

避免使用过多的闭包,可以用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();

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。

性能考量

如果不是某些特定任务需要使用闭包,在其它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,每个对象的创建)。

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;
  };
}

上面的代码并未利用到闭包的好处,我们可以修改成如下:

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

但我们不建议重新定义原型。可改成如下例子:

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;
};

在前面的两个示例中,继承的原型可以为所有对象共享,不必在每一次创建对象时定义方法。参见 对象模型的细节 一章可以了解更为详细的信息。