JavaScript Closures (闭包)

前言

如果你耐心地阅读完这篇文章，你将会了解到闭包的定义、用法、优点以及缺点！

简单来说：Closures（闭包）是一个函数的作用域
通俗来说：Closures(闭包)是使用被作用域封闭的变量，函数，闭包等执行的一个函数的作用域

闭包是一个函数和声明该函数的词法环境的组合，从理论角度来说，所有有函数都是闭包

闭包的好处：提供了面向对象编程的许多优点
尤其是数据隐藏和数据封装

闭包的缺点： 内存泄漏，影响处理速度和内存消耗

本文摘要

• 词法作用域
• 闭包
• 实用的闭包
• 用闭包模式模拟私有方法（模块化）
• 在循环中创建闭包：一个常见错误
• 性能考量

正文

词法作用域

function init(){

 //name是一个被init创建的局部变量
  let name = "js";

//displayName()是一个内部函数
 function displayName(){
    //一个闭包使用父函数中声明的变量
     console.log(`name=${name}`);
   }
  displayName();
}
init()

函数init()创建了一个局部变量name和一个名为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，然而它可以访问外部函数的变量，即可以使用父函数init()中声明的name变量

词法作用域

闭包

现在来考虑如下的例子

function makeFunc() {
    let name = "js";
    function displayName() {
        console.log(`name = ${name}`); 
    }
    return displayName;
}

let myFunc = makeFunc();
myFunc();

运行这段代码的效果和之前的init()实例完全一样，字符串'js'将会打印在控制台，其中的不同-也是有意思的地方-在于displayName()内部函数在执行前从其外围函数返回了

这段代码看起来别扭却能正常运行。在一些编程语言中，函数中的局部变量仅在函数的执行周期可用。一旦makeFunc()执行过后，我们会很合理地认为name变量将不再可用，然后，js中并不是这样的？

这个谜底的答案是myFunc 变成了一个闭包。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“js” 字符串形成

闭包构成

简单来说：
闭包的构成：函数，以及创建该函数的环境(如图所示)
环境：由闭包创建时在作用域中的任何局部变量组成

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

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);

size12，size14 和size16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>

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，即他们只能被用一个类中的其他方法所调用

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；还提供了管理全局变量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

下面的实例展示了如果使用闭包来定义公共函数，且其可以访问私有函数和变量。这个方式称为模块模式

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 */

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.decrement, Counter.value

该共享环境创建于一个匿名函数体内，该函数一经定义立即执行。环境中包含两个私有项：名为 privateCounter 的变量和名为changeBy 的函数。这两项都无法再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

你应该注意到了，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，并将返回值赋值给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();
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 */

请注意两个计数器是如何维护他们各自的独立性的。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

简单来说：
闭包可以提供面向对象编程的许多优点
1.数据隐藏
2.数据封装

在循环中创建闭包：一个常见错误

在ECMAScript2015引入let关键词之前，闭包的一个常见的问题发生于循环中创建闭包，参考下面的实例

<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();

循环中创建闭包的常见错误

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focus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，但是他们都共享与用一个环境（item）。在onfus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列表的最后一项

解决方案一

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) {
//相当于var help = 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江，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

解决方案二 使用匿名闭包

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);
       }
    })(); // Immediate event listener attachment with the current value of item (preserved until iteration).
  }
}

setupHelp();

解决方案三（推荐）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();

用let而不用var,使得每个闭包绑定块内变量，不需要额外的闭包

性能考量

如果不是因为某些特殊任务而需要闭包，在没有必要的请款项给I啊，在其他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，影响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;
  }
};