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其实闭包并不高深莫测

2015-12-18 20:24 伯乐在线/刘健超

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几年前,我还是一名高中生时,我的一个朋友向我讲述了闭包的概念。虽然我当时一点也不明白他想表达的内容,但他在向我讲述时却表现得非常高大上。对于当时的我来说,闭包看来是一个深不可测的魔法。即使 Google 后也不能解除我的疑惑。而所有我能查阅的科技文章,都为高中生所难以理解。


现在的我回想起高中编程时光,我都会不禁一笑。这是一篇试图用一些简单项目去解释闭包的文章,这会帮助我的学弟学妹们能轻易地驾驭强大的闭包。


计数事件


我们将从一个简单的问题开始。如果将闭包引入到该程序中,将能轻易解决这个问题。


我们为计数事件创建一个机制。该机制将有助于我们跟踪代码的执行,甚至去调试一些问题。例如,我会以下面的方式调用计数器:


increment(); // Number of events: 1

increment(); // Number of events: 2

increment(); // Number of events: 3


正如你所看到的上述案例,我们希望代码会在我们每次执行 increment() 函数时,会显示一条信息“Number of events: x”。下面以简单的方式实现该函数:


var counter = 0;

function increment() {

counter = counter + 1;

console.log("Number of events: " + counter);

}


多个计数器


上述代码非常简单明确。然而,当我们引入第二个计数器时,就会很快遇到问题。当然,我们能实现两个单独的计数器机制,如下面的代码,但很明显有需要改进的地方:


var counter1 = 0;

function incrementCounter1() {

counter1 = counter1 + 1;

console.log("Number of events: " + counter1);

}

var counter2 = 0;

function incrementCounter2() {

counter2 = counter2 + 1;

console.log("Number of events: " + counter2);

}

incrementCounter1(); // Number of events: 1

incrementCounter2(); // Number of events: 1

incrementCounter1(); // Number of events: 2


上述代码出现了不必要的重复。明显地,这种解决办法并不适用于超过二或三个记数器的情况。我们需要想出更好的解决方案。


引入我们第一个闭包


在保持与上述例子相似的情况下,我们以某种方式引入新的计数器,该计数器捆绑了一个能自增的函数,而且没有大量重复的代码。下面尝试使用闭包:


function createCounter() {

var counter = 0;

function increment() {

counter = counter + 1;

console.log("Number of events: " + counter);

}

return increment;

}


让我们看看这是如何工作的。我们将创建两个计数器,并让它们跟踪两个独立的事件:


var counter1 = createCounter();

var counter2 = createCounter();

counter1(); // Number of events: 1

counter1(); // Number of events: 2

counter2(); // Number of events: 1

counter1(); // Number of events: 3


啊,这看起来有点复杂…然而,这实际上是非常简单的。我们只需将实现逻辑分成几个易于理解的块。下面就看看我们实现了什么:


首先,创建了一个名为 counter 的局部变量。


然后,创建了一个名为 increment 的局部函数,它能增加 counter 变量值。如果你从未接触过将函数作为数据来处理的函数式编程,这也许对你非常陌生。然而,这是非常常见的,而且只需要一些练习就能适应这一概念。

你应该注意到这一点,createCounter() 的实现与我们原先的计数器实现几乎一致。唯一不同的是它被包装或封装在一个函数体内。因此,这些构造器都被称为闭包。


现在是棘手的部分:


在 createCounter() 的最后一步返回了局部函数 increment。请注意,这并不是返回调用函数的运行结果,而是函数本身。

这就意味着,当我们在这个代码段下面创建新的计数器时,实际上是生成新函数。


// fancyNewCounter is a function in this scope

// fancyNewCounter 是当前作用域的一个函数

var fancyNewCounter = createCounter();


这就是闭包生命周期的力量所在。每个生成的函数,都会保持在 createCounter() 所创建的 counter 变量的引用。在某种意义上,被返回的函数记住了它所被创建时的环境。


在这里需要提醒大家注意的是,内部变量 counter 都是独立存在于每个作用域!例如,如果我们创建两个计数器,那么它们都会在闭包体内会分配一个新的 counter 变量。我们观察以下代码:


每个计数器都会从 1 算起:


var counter1 = createCounter();

counter1(); // Number of events: 1

counter1(); // Number of events: 2

var counter2 = createCounter();

counter2(); // Number of events: 1


第二个计数器并不会干扰第一个计数器的值:


counter1(); // Number of events: 3


为我们的计数器命名


信息“Number of events: x” 是没问题的,但如果能描述每个计数事件的类型,那么这将会更好。如以下例子,我们为计数器添加名字:


var catCounter = createCounter("cats");

var dogCounter = createCounter("dogs");

catCounter(); // Number of cats: 1

catCounter(); // Number of cats: 2

dogCounter(); // Number of dogs: 1


我们仅需通过为闭包传递参数就能达到这种目的。


function createCounter(counterName) {

var counter = 0;

function increment() {

counter = counter + 1;

console.log("Number of " + counterName + ": " + counter);

}

return increment;

}


非常棒!请注意上述 createCounter() 函数的一个有趣行为。返回函数不仅记住了局部变量 counter,而且记住了传递进来的参数。


改善公用接口


我所说的公用接口是指,我们如何使用计数器。这并不单纯指,当被创建的计数器被调用时会增加值。


var dogCounter = createCounter("dogs");

dogCounter.increment(); // Number of dogs: 1


让我们创建这样的一个实现:


function createCounter(counterName) {

var counter = 0;

function increment() {

counter = counter + 1;

console.log("Number of " + counterName + ": " + counter);

};

return { increment : increment };

}


在上述代码段,我们简单地返回一个对象,该对象包含了该闭包的所有功能。在某种意义下,我们能定义闭包能返回的一系列信息。


增加一个减量


现在,我们能非常简单地为我们的计数器引入减量(decrement)。


function createCounter(counterName) {

var counter = 0;

function increment() {

counter = counter + 1;

console.log("Number of " + counterName + ": " + counter);

};

function decrement() {

counter = counter - 1;

console.log("Number of " + counterName + ": " + counter);

};

return {

increment : increment,

decrement : decrement

};

}

var dogsCounter = createCounter("dogs");

dogsCounter.increment(); // Number of dogs: 1

dogsCounter.increment(); // Number of dogs: 2

dogsCounter.decrement(); // Number of dogs: 1


隐藏计数器行为


上述代码有两处冗余的代码行。没错,就是 console.log。如果能创建一个专门用于显示计数器值的函数将会更好。让我们调用 display 函数。


function createCounter(counterName) {

var counter = 0;

function display() {

console.log("Number of " + counterName + ": " + counter);

}

function increment() {

counter = counter + 1;

display();

};

function decrement() {

counter = counter - 1;

display();

};

return {

increment : increment,

decrement : decrement

};

}

var dogsCounter = createCounter("dogs");

dogsCounter.increment(); // Number of dogs: 1

dogsCounter.increment(); // Number of dogs: 2

dogsCounter.decrement(); // Number of dogs: 1


increment() 和 decrement() 函数看起来非常相似,然而这是大相径庭的。我们没有在结果对象返回计数值!这意味着以下代码将会调用失败:


var dogsCounter = createCounter("dogs");

dogsCounter.display(); // ERROR !!!


我们让 display() 函数对外部来说是不可见的。它仅在 createCounter() 内可用。


抽象数据类型


正如你所见,我们通过闭包能非常简单地引入抽象数据类型。例如,让我们通过闭包实现一个 堆栈。


function createStack() {

var elements = [];

return {

push: function(el) { elements.unshift(el); },

pop: function() { return elements.shift(); }

};

}

var stack = createStack();

stack.push(3);

stack.push(4);

stack.pop(); // 4


注意:在 JavaScript 中,闭包并不是堆栈数据类型的最佳实现方式。用 Prototype 实现会对内存更友好(译者注:在当前对象实例找不会相应属性或方法时,会到相应实例共同引用的 Prototype 属性寻找相应属性或方法(如果在当前Prototype属性找不到时,会沿着当前原型链向上查找),而Prototype 上的属性或方法是公用的,而不像实例的属性或方法那样,各自单独创建属性或方法,从而节省更多的内存)。


闭包与面向对象编程


如果你具有 面向对象编程 的经历,那么你应该会注意到上述构造器看来非常像类、对象、实例值和私有/公有方法。


闭包与类相似,都会将一些能操作内部数据的函数联系在一起。因此,你能在任何地方像使用对象一样使用闭包。


结语


闭包是编程语言一个很棒的属性。当我们想在 JavaScript 创建“真正的”隐藏域,或者需要创建简单的构造器时,闭包这个属性是非常好用的。不过对于一般的类来说,闭包可能还是有点太重了。


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