闭包是指函数有自由独立的变量。换句话说,定义在闭包中的函数可以“记忆”它创建时候的环境。

考虑如下的函数:

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

函数 init() 创建了一个局部变量 name,然后定义了名为 displayName() 的函数。 displayName() 是一个内部函数——定义于 init() 之内且仅在该函数体内可用。displayName() 没有任何自己的局部变量,然而它可以访问到外部函数的变量,即可以使用父函数中声明的 name 变量。

运行代码可以发现这可以正常工作。这是词法作用域的一个例子:在 JavaScript 中,变量的作用域是由它在源代码中所处位置决定的(词法),并且嵌套的函数可以访问到其外层作用域中声明的变量。

现在来考虑如下的例子:

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

var myFunc = makeFunc();
myFunc();

运行这段代码的效果和之前的 init() 示例完全一样:字符串 "Mozilla" 将被显示在一个 JavaScript 警告框中。其中的不同 — 也是有意思的地方 — 在于 displayName() 内部函数在执行前被从其外围函数中返回了。

这段代码看起来别扭却能正常运行。通常,函数中的局部变量仅在函数的执行期间可用。一旦 makeFunc() 执行过后,我们会很合理的认为 name 变量将不再可用。虽然代码运行的没问题,但实际并不是这样的。

这个谜题的答案是 myFunc 变成一个 闭包 了。 闭包是一种特殊的对象。它由两部分构成:函数,以及创建该函数的环境。环境由闭包创建时在作用域中的任何局部变量组成。在我们的例子中,myFunc 是一个闭包,由 displayName 函数和闭包创建时存在的 "Mozilla" 字符串形成。

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);

print(add5(2));  // 7
print(add10(2)); // 12

在这个示例中,我们定义了 makeAdder(x) 函数:带有一个参数 x 并返回一个新的函数。返回的函数带有一个参数 y,并返回 xy 的和。

从本质上讲,makeAdder 是一个函数工厂 — 创建将指定的值和它的参数求和的函数,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,但是保存了不同的环境。在 add5 的环境中,x 为 5。而在 add10 中,x 则为 10。

实用的闭包

理论就是这些了 — 可是闭包确实有用吗?让我们看看闭包的实践意义。闭包允许将函数与其所操作的某些数据(环境)关连起来。这显然类似于面向对象编程。在面对象编程中,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。

因而,一般说来,可以使用只有一个方法的对象的地方,都可以使用闭包。

在 Web 中,您可能想这样做的情形非常普遍。大部分我们所写的 Web JavaScript 代码都是事件驱动的 — 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)。我们的代码通常添加为回调:响应事件而执行的函数。

以下是一个实际的示例:假设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(例如页眉)的字号:

body {
  font-family: Helvetica, Arial, sans-serif;
  font-size: 12px;
}

h1 {
  font-size: 1.5em;
}
h2 {
  font-size: 1.2em;
}

我们的交互式的文本尺寸按钮可以修改 body 元素的 font-size 属性,而由于我们使用相对的单位,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 为将 body 文本相应地调整为 12,14,16 像素的函数。我们可以将它们分别添加到按钮上(这里是链接)。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> 

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用闭包模拟私有方法

诸如 Java 在内的一些语言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。

对此,JavaScript 并不提供原生的支持,但是可以使用闭包模拟私有方法。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,且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;
    }
  }   
})();

alert(Counter.value()); /* 提示 0 */
Counter.increment();
Counter.increment();
alert(Counter.value()); /* 提示 2 */
Counter.decrement();
alert(Counter.value()); /* 提示 1 */

这里有很多细节。在以往的示例中,每个闭包都有它自己的环境;而这次我们只创建了一个环境,为三个函数所共享:Counter.increment,Counter.decrementCounter.value

该共享环境创建于一个匿名函数体内,该函数一经定义立刻执行。环境中包含两个私有项:名为 privateCounter 的变量和名为 changeBy 的函数。 这两项都无法在匿名函数外部直接访问。必须通过匿名包装器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 的词法范围的作用域,它们都可以访问 privateCounter 变量和 changeBy 函数。

您应该注意到了,我们定义了一个匿名函数用于创建计数器,然后直接调用该函数,并将返回值赋给 Counter 变量。也可以将这个函数保存到另一个变量中,以便创建多个计数器。

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();
alert(Counter1.value()); /* 提示 0 */
Counter1.increment();
Counter1.increment();
alert(Counter1.value()); /* 提示 2 */
Counter1.decrement();
alert(Counter1.value()); /* 提示 1 */
alert(Counter2.value()); /* 提示 0 */

请注意两个计数器是如何维护它们各自的独立性的。每次调用 makeCounter() 函数期间,其环境是不同的。每次调用中, privateCounter 中含有不同的实例。

这种形式的闭包提供了许多通常由面向对象编程U所享有的益处,尤其是数据隐藏和封装。

在循环中创建闭包:一个常见错误

在 JavaScript 1.7 引入 let 关键字 之前,闭包的一个常见的问题发生于在循环中创建闭包。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(); 

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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输入域的 ID。通过循环这三项定义,依次为每一个输入域添加了一个 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。无论焦点在哪个输入域上,显示的都是关于年龄的消息。

该问题的原因在于赋给 onfocus 是闭包setupHelp中的匿名函数而不是闭包对象;在闭包(setupHelp)中一共创建了三个匿名函数,但是它们都共享同一个环境(item)。在 onfocus 的回调被执行时,循环早已经完成,且此时 item 变量(由所有三个闭包所共享)已经指向了 helpText 列表中的最后一项。

解决这个问题的一种方案是使onfocus指向一个新的闭包对象。

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(); 

在JSFiddle中查看

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环境。在这些环境中,help 指向 helpText 数组中对应的字符串。

性能考量

如果不是因为某些特殊任务而需要闭包,在没有必要的情况下,在其它函数中创建函数是不明智的,因为闭包对脚本性能具有负面影响,包括处理速度和内存消耗。

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,方法都会被重新赋值一次(也就是说,为每一个对象的创建)。

考虑以下虽然不切实际但却说明问题的示例:

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益处,因此,应该修改为如下常规形式:

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

或者改成:

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,且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。

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最后编辑者: vino24,
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