Что такое замыкание closure

Замыкания в JavaScript для начинающих

Замыкания — это одна из фундаментальных концепций JavaScript, вызывающая сложности у многих новичков, знать и понимать которую должен каждый JS-программист. Хорошо разобравшись с замыканиями, вы сможете писать более качественный, эффективный и чистый код. А это, в свою очередь, будет способствовать вашему профессиональному росту.

Материал, перевод которого мы публикуем сегодня, посвящён рассказу о внутренних механизмах замыканий и о том, как они работают в JavaScript-программах.

Что такое замыкание?

Замыкание — это функция, у которой есть доступ к области видимости, сформированной внешней по отношению к ней функции даже после того, как эта внешняя функция завершила работу. Это значит, что в замыкании могут храниться переменные, объявленные во внешней функции и переданные ей аргументы. Прежде чем мы перейдём, собственно, к замыканиям, разберёмся с понятием «лексическое окружение».

Что такое лексическое окружение?

Понятие «лексическое окружение» или «статическое окружение» в JavaScript относится к возможности доступа к переменным, функциям и объектам на основе их физического расположения в исходном коде. Рассмотрим пример:

Здесь у функции inner() есть доступ к переменным, объявленным в её собственной области видимости, в области видимости функции outer() и в глобальной области видимости. Функция outer() имеет доступ к переменным, объявленным в её собственной области видимости и в глобальной области видимости.

Цепочка областей видимости вышеприведённого кода будет выглядеть так:

Практические примеры замыканий

Рассмотрим, прежде чем разбирать тонкости внутреннего устройства замыканий, несколько практических примеров.

▍Пример №1

▍Пример №2

Как работают замыкания?

До сих пор мы говорили о том, что такое замыкания, и рассматривали практические примеры. Теперь поговорим о внутренних механизмах JavaScript, обеспечивающих их работу.

Для того чтобы понять замыкания, нам нужно разобраться с двумя важнейшими концепциями JavaScript. Это — контекст выполнения (Execution Context) и лексическое окружение (Lexical Environment).

▍Контекст выполнения

Контекст выполнения — это абстрактное окружение, в котором вычисляется и выполняется JavaScript-код. Когда выполняется глобальный код, это происходит внутри глобального контекста выполнения. Код функции выполняется внутри контекста выполнения функции.

В некий момент времени может выполняться код лишь в одном контексте выполнения (JavaScript — однопоточный язык программирования). Управление этими процессами ведётся с использованием так называемого стека вызовов (Call Stack).

Стек вызовов — это структура данных, устроенная по принципу LIFO (Last In, First Out — последним вошёл, первым вышел). Новые элементы можно помещать только в верхнюю часть стека, и только из неё же элементы можно изымать.

Текущий контекст выполнения всегда будет в верхней части стека, и когда текущая функция завершает работу, её контекст выполнения извлекается из стека и управление передаётся контексту выполнения, который был расположен ниже контекста этой функции в стеке вызовов.

Рассмотрим следующий пример для того, чтобы лучше разобраться в том, что такое контекст выполнения и стек вызовов:

Пример контекста выполнения

Стек вызовов этого кода выглядит так:

▍Лексическое окружение

Каждый раз, когда JS-движок создаёт контекст выполнения для выполнения функции или глобального кода, он создаёт и новое лексическое окружение для хранения переменных, объявляемых в этой функции в процессе её выполнения.

Лексическое окружение — это структура данных, которая хранит сведения о соответствии идентификаторов и переменных. Здесь «идентификатор» — это имя переменной или функции, а «переменная» — это ссылка на объект (сюда входят и функции) или значение примитивного типа.

Лексическое окружение содержит два компонента:

Взглянем на следующий фрагмент кода:

Когда JS-движок создаёт глобальный контекст выполнения для выполнения глобального кода, он создаёт и новое лексическое окружение для хранения переменных и функций, объявленных в глобальной области видимости. В результате лексическое окружение глобальной области видимости будет выглядеть так:

Обратите внимание на то, что когда функция завершит работу, её контекст выполнения извлекается из стека вызовов, но её лексическое окружение может быть удалено из памяти, а может и остаться там. Это зависит от того, существуют ли в других лексических окружениях ссылки на данное лексическое окружение в виде ссылок на внешнее лексическое окружение.

Подробный разбор примеров работы с замыканиями

Теперь, когда мы вооружились знаниями о контексте выполнения и о лексическом окружении, вернёмся к замыканиям и более глубоко проанализируем те же фрагменты кода, которые мы уже рассматривали.

▍Пример №1

Взгляните на данный фрагмент кода:

Её лексическое окружение будет выглядеть так:

Когда вызывается функция peter() (соответствующая переменная хранит ссылку на функцию displayName() ), JS-движок создаёт для этой функции новый контекст выполнения и новое лексическое окружение. Это лексическое окружение будет выглядеть так:

В функции displayName() нет переменных, поэтому её запись окружения будет пустой. В процессе выполнения этой функции JS-движок попытается найти переменную name в лексическом окружении функции.

▍Пример №2

Лексическое окружение функции getCounter() будет выглядеть так:

При выполнении этой функции система будет искать переменную counter в её лексическом окружении. В данном случае, опять же, запись окружения функции пуста, поэтому поиск переменной продолжается во внешнем лексическом окружении функции.

В результате лексическое окружение функции getCounter() после первого вызова функции count() будет выглядеть так:

Итоги

В этом материале мы поговорили о том, что такое замыкания, и разобрали глубинные механизмы JavaScript, лежащие в их основе. Замыкания — одна из важнейших фундаментальных концепций JavaScript, её должен понимать каждый JS-разработчик. Понимание замыканий — это одна из ступеней пути к написанию эффективных и качественных приложений.

Уважаемые читатели! Если вы обладаете опытом JS-разработки — просим поделиться с начинающими практическими примерами применения замыканий.

Источник

Замыкание

JavaScript – язык с сильным функционально-ориентированным уклоном. Он даёт нам много свободы. Функция может быть динамически создана, скопирована в другую переменную или передана как аргумент другой функции и позже вызвана из совершенно другого места.

Мы знаем, что функция может получить доступ к переменным из внешнего окружения, эта возможность используется очень часто.

Но что произойдёт, когда внешние переменные изменятся? Функция получит последнее значение или то, которое существовало на момент создания функции?

И что произойдёт, когда функция переместится в другое место в коде и будет вызвана оттуда – получит ли она доступ к внешним переменным своего нового местоположения?

Разные языки ведут себя по-разному в таких случаях, и в этой главе мы рассмотрим поведение JavaScript.

Пара вопросов

Для начала давайте рассмотрим две ситуации, а затем изучим внутренние механизмы шаг за шагом, чтобы вы смогли ответить на эти и более сложные вопросы в будущем.

Такие ситуации распространены и в браузерной и в серверной разработке. Выполнение функции может быть запланировано позже, чем она была создана, например, после какого-нибудь пользовательского действия или сетевого запроса.

Итак, вопрос в том, получит ли она доступ к последним изменениям?

Функция makeWorker создаёт другую функцию и возвращает её. Новая функция может быть вызвана откуда-то ещё. Получит ли она доступ к внешним переменным из места своего создания или места выполнения или из обоих?

Лексическое Окружение

Чтобы понять, что происходит, давайте для начала обсудим, что такое «переменная» на самом деле.

Объект лексического окружения состоит из двух частей:

Environment Record – объект, в котором как свойства хранятся все локальные переменные (а также некоторая другая информация, такая как значение this ).

Ссылка на внешнее лексическое окружение – то есть то, которое соответствует коду снаружи (снаружи от текущих фигурных скобок).

«Переменная» – это просто свойство специального внутреннего объекта: Environment Record. «Получить или изменить переменную», означает, «получить или изменить свойство этого объекта».

Например, в этом простом коде только одно лексическое окружение:

Это, так называемое, глобальное лексическое окружение, связанное со всем скриптом.

А вот как оно изменяется при объявлении и присваивании переменной:

Прямоугольники с правой стороны демонстрируют, как глобальное лексическое окружение изменяется в процессе выполнения кода:

Пока что всё выглядит просто, правда?

Function Declaration

До сих пор мы рассматривали только переменные. Теперь рассмотрим Function Declaration.

Для верхнеуровневых функций это означает момент, когда скрипт начинает выполнение.

Вот почему мы можем вызвать функцию, объявленную через Function Declaration, до того, как она определена.

Внутреннее и внешнее лексическое окружение

Теперь давайте продолжим и посмотрим, что происходит, когда функция получает доступ к внешней переменной.

При запуске функции для неё автоматически создаётся новое лексическое окружение, для хранения локальных переменных и параметров вызова.

Например, для say(«John») это выглядит так (выполнение находится на строке, отмеченной стрелкой):

Итак, в процессе вызова функции у нас есть два лексических окружения: внутреннее (для вызываемой функции) и внешнее (глобальное):

Внешнее лексическое окружение – это глобальное лексическое окружение.

В нём находятся переменная phrase и сама функция.

У внутреннего лексического окружения есть ссылка outer на внешнее.

Когда код хочет получить доступ к переменной – сначала происходит поиск во внутреннем лексическом окружении, затем во внешнем, затем в следующем и так далее, до глобального.

Давайте посмотрим, как происходит поиск в нашем примере:

Теперь у нас есть ответ на первый вопрос из начала главы.

Функция получает текущее значение внешних переменных, то есть, их последнее значение

Старые значения переменных нигде не сохраняются. Когда функция хочет получить доступ к переменной, она берёт её текущее значение из своего или внешнего лексического окружения.

Так что, ответ на первый вопрос: Pete :

Порядок выполнения кода, приведённого выше:

Пожалуйста, обратите внимание, что новое лексическое окружение функции создаётся каждый раз, когда функция выполняется.

И, если функция вызывается несколько раз, то для каждого вызова будет своё лексическое окружение, со своими, специфичными для этого вызова, локальными переменными и параметрами.

«Лексическое окружение» – это специальный внутренний объект. Мы не можем получить его в нашем коде и изменять напрямую. Сам движок JavaScript может оптимизировать его, уничтожать неиспользуемые переменные для освобождения памяти и выполнять другие внутренние уловки, но видимое поведение объекта должно оставаться таким, как было описано.

Вложенные функции

Функция называется «вложенной», когда она создаётся внутри другой функции.

Это очень легко сделать в JavaScript.

Мы можем использовать это для упорядочивания нашего кода, например, как здесь:

Здесь вложенная функция getFullName() создана для удобства. Она может получить доступ к внешним переменным и, значит, вывести полное имя. В JavaScript вложенные функции используются очень часто.

Что ещё интереснее, вложенная функция может быть возвращена: либо в качестве свойства нового объекта (если внешняя функция создаёт объект с методами), либо сама по себе. И затем может быть использована в любом месте. Не важно где, она всё так же будет иметь доступ к тем же внешним переменным.

Например, здесь, вложенная функция присваивается новому объекту в конструкторе:

А здесь мы просто создаём и возвращаем функцию «счётчик»:

Как же это работает изнутри?

Когда внутренняя функция начинает выполняться, начинается поиск переменной count++ изнутри-наружу. Для примера выше порядок будет такой:

Теперь рассмотрим два вопроса:

Попробуйте ответить на эти вопросы перед тем, как продолжить чтение.

Хорошо, давайте ответим на вопросы.

Надеюсь, ситуация с внешними переменными теперь ясна. Для большинства ситуаций такого понимания вполне достаточно, но в спецификации есть ряд деталей, которые мы, для простоты, опустили. Далее мы разберём происходящее ещё более подробно.

Окружение в деталях

Вот что происходит в примере с makeCounter шаг за шагом. Пройдите их, чтобы убедиться, что вы разобрались с каждой деталью.

Когда скрипт только начинает выполняться, есть только глобальное лексическое окружение:

Мы ещё не говорили об этом, это то, каким образом функции знают, где они были созданы.

В данном случае, makeCounter создан в глобальном лексическом окружении, так что [[Environment]] содержит ссылку на него.

Другими словами, функция навсегда запоминает ссылку на лексическое окружение, где она была создана. И [[Environment]] – скрытое свойство функции, которое содержит эту ссылку.

В момент вызова makeCounter() создаётся лексическое окружение, для хранения его переменных и аргументов.

Как и все лексические окружения, оно содержит две вещи:

В процессе выполнения makeCounter() создаётся небольшая вложенная функция.

Для нашей новой вложенной функции значением [[Environment]] будет текущее лексическое окружение makeCounter() (где она была создана):

Пожалуйста, обратите внимание, что на этом шаге внутренняя функция была создана, но ещё не вызвана. Код внутри function() < return count++ >не выполняется.

Выполнение продолжается, вызов makeCounter() завершается, и результат (небольшая вложенная функция) присваивается глобальной переменной counter :

В большинстве случаев, объект лексического окружения существует до того момента, пока есть функция, которая может его использовать. И только тогда, когда таких не остаётся, окружение уничтожается.

Следующие вызовы counter() сделают то же самое.

Теперь ответ на второй вопрос из начала главы должен быть очевиден.

Функция work() в коде ниже получает name из того места, где была создана, через ссылку на внешнее лексическое окружение:

В программировании есть общий термин: «замыкание», – которое должен знать каждый разработчик.

Замыкание – это функция, которая запоминает свои внешние переменные и может получить к ним доступ. В некоторых языках это невозможно, или функция должна быть написана специальным образом, чтобы получилось замыкание. Но, как было описано выше, в JavaScript, все функции изначально являются замыканиями (есть только одно исключение, про которое будет рассказано в Синтаксис «new Function»).

То есть, они автоматически запоминают, где были созданы, с помощью скрытого свойства [[Environment]] и все они могут получить доступ к внешним переменным.

Когда на собеседовании фронтенд-разработчик получает вопрос: «что такое замыкание?», – правильным ответом будет определение замыкания и объяснения того факта, что все функции в JavaScript являются замыканиями, и, может быть, несколько слов о технических деталях: свойстве [[Environment]] и о том, как работает лексическое окружение.

Блоки кода и циклы, IIFE

Предыдущие примеры сосредоточены на функциях. Но лексическое окружение существует для любых блоков кода <. >.

Лексическое окружение создаётся при выполнении блока кода и содержит локальные переменные для этого блока. Вот пара примеров.

В следующем примере переменная user существует только в блоке if :

For, while

Обратите внимание: let i визуально находится снаружи <. >. Но конструкция for – особенная в этом смысле, у каждой итерации цикла своё собственное лексическое окружение с текущим i в нём.

Блоки кода

Мы также можем использовать «простые» блоки кода <. >, чтобы изолировать переменные в «локальной области видимости».

Например, в браузере все скрипты (кроме type=»module» ) разделяют одну общую глобальную область. Так что, если мы создадим глобальную переменную в одном скрипте, она станет доступна и в других. Но это становится источником конфликтов, если два скрипта используют одно и то же имя переменной и перезаписывают друг друга.

Это может произойти, если название переменной – широко распространённое слово, а авторы скрипта не знают друг о друге.

Если мы хотим этого избежать, мы можем использовать блок кода для изоляции всего скрипта или какой-то его части:

Из-за того, что у блока есть собственное лексическое окружение, код снаружи него (или в другом скрипте) не видит переменные этого блока.

В прошлом в JavaScript не было лексического окружения на уровне блоков кода.

Так что программистам пришлось что-то придумать. И то, что они сделали, называется «immediately-invoked function expressions» (аббревиатура IIFE), что означает функцию, запускаемую сразу после объявления.

Это не то, что мы должны использовать сегодня, но, так как вы можете встретить это в старых скриптах, полезно понимать принцип работы.

Здесь создаётся и немедленно вызывается Function Expression. Так что код выполняется сразу же и у него есть свои локальные переменные.

Даже если мы скажем: «хорошо, давайте добавим имя», – это не сработает, потому что JavaScript не позволяет вызывать Function Declaration немедленно.

Так что, скобки вокруг функции – это трюк, который позволяет показать JavaScript, что функция была создана в контексте другого выражения, и, таким образом, это функциональное выражение: ей не нужно имя и её можно вызвать немедленно.

Кроме скобок, существуют и другие пути показать JavaScript, что мы имеем в виду Function Expression:

Во всех перечисленных случаях мы объявляем Function Expression и немедленно выполняем его. Ещё раз заметим, что в настоящий момент нет необходимости писать подобный код.

Сборка мусора

Обычно лексическое окружение очищается и удаляется после того, как функция выполнилась. Например:

Здесь два значения, которые технически являются свойствами лексического окружения. Но после того, как f() завершится, это лексическое окружение станет недоступно, поэтому оно удалится из памяти.

Обратите внимание, если f() вызывается несколько раз и возвращаемые функции сохраняются, тогда все соответствующие объекты лексического окружения продолжат держаться в памяти. Вот три такие функции в коде ниже:

Объект лексического окружения умирает, когда становится недоступным (как и любой другой объект). Другими словами, он существует только до того момента, пока есть хотя бы одна вложенная функция, которая ссылается на него.

В следующем коде, после того как g станет недоступным, лексическое окружение функции (и, соответственно, value ) будет удалено из памяти;

Оптимизация на практике

Как мы видели, в теории, пока функция жива, все внешние переменные тоже сохраняются.

Но на практике движки JavaScript пытаются это оптимизировать. Они анализируют использование переменных и, если легко по коду понять, что внешняя переменная не используется – она удаляется.

Одним из важных побочных эффектов в V8 (Chrome, Opera) является то, что такая переменная становится недоступной при отладке.

Попробуйте запустить следующий пример в Chrome с открытой Developer Tools.

Как вы можете видеть – такой переменной не существует! В теории, она должна быть доступна, но попала под оптимизацию движка.

Это может приводить к забавным (если удаётся решить быстро) проблемам при отладке. Одна из них – мы можем увидеть не ту внешнюю переменную при совпадающих названиях:

Эту особенность V8 полезно знать. Если вы занимаетесь отладкой в Chrome/Opera, рано или поздно вы с ней встретитесь.

Это не баг в отладчике, а скорее особенность V8. Возможно со временем это изменится. Вы всегда можете проверить это, запустив пример на этой странице.

Задачи

Независимы ли счётчики?

Они независимы? Что покажет второй счётчик? 0,1 или 2,3 или что-то ещё?

Ответ: 0,1.

Источник

Замыкания в JavaScript

Если вы используете JavaScript, но при этом так до конца и не разобрались, что же это за чудная штука такая — замыкания, и зачем она нужна — эта статья для вас.

Как известно, в JavaScript областью видимости локальных переменных (объявляемых словом var) является тело функции, внутри которой они определены.

Если вы объявляете функцию внутри другой функции, первая получает доступ к переменным и аргументам последней:

function outerFn(myArg) <
var myVar;
function innerFn() <
//имеет доступ к myVar и myArg
>
>

При этом, такие переменные продолжают существовать и остаются доступными внутренней функцией даже после того, как внешняя функция, в которой они определены, была исполнена.

Рассмотрим пример — функцию, возвращающую кол-во собственных вызовов:

function createCounter() <
var numberOfCalls = 0;
return function () <
return ++numberOfCalls;
>
>
var fn = createCounter();
fn(); //1
fn(); //2
fn(); //3

В данном примере функция, возвращаемая createCounter, использует переменную numberOfCalls, которая сохраняет нужное значение между ее вызовами (вместо того, чтобы сразу прекратить своё существование с возвратом createCounter).

Именно за эти свойства такие «вложенные» функции в JavaScript называют замыканиями (термином, пришедшим из функциональных языков программирования) — они «замыкают» на себя переменные и аргументы функции, внутри которой определены.

Применение замыканий

var fn = ( function () <
var numberOfCalls = 0;
return function () <
return ++ numberOfCalls;
>
>)();

Такая конструкция позволила нам привязать к функции данные, сохраняющиеся между ее вызовами — это одно из применений замыканий. Иными словами, с помощью них мы можем создавать функции, имеющие своё изменяемое состояние.

Другое хорошее применение замыканий — создание функций, в свою очередь тоже создающих функции — то, что некоторые назвали бы приёмом т.н. метапрограммирования. Например:

var createHelloFunction = function (name) <
return function () <
alert( ‘Hello, ‘ + name);
>
>
var sayHelloHabrahabr = createHelloFunction( ‘Habrahabr’ );
sayHelloHabrahabr(); //alerts «Hello, Habrahabr»

Благодаря замыканию возвращаемая функция «запоминает» параметры, переданные функции создающей, что нам и нужно для подобного рода вещей.

Похожая ситуация возникает, когда мы внутреннюю функцию не возвращаем, а вешаем на какое-либо событие — поскольку событие возникает уже после того, как исполнилась функция, замыкание опять же помогает не потерять переданные при создании обработчика данные.

Рассмотрим чуть более сложный пример — метод, привязывающий функцию к определённому контексту (т.е. объекту, на который в ней будет указывать слово this).

В этом примере с помощью замыканий функция, вощвращаемая bind’ом, запоминает в себе начальную функцию и присваиваемый ей контекст.

Следующее, принципиально иное применение замыканий — защита данных (инкапсуляция). Рассмотрим следующую конструкцию:

Очевидно, внутри замыкания мы имеем доступ ко всем внешним данным, но при этом оно имеет и собственные. Благодаря этому мы можем окружать части кода подобной конструкцией с целью закрыть попавшие внутрь локальные переменные от доступа снаружи. (Один из примеров ее использования вы можете увидеть в исходном коде библиотеки jQuery, которая окружает замыканием весь свой код, чтобы не выводить за его пределы нужные только ей переменные).

Есть, правда, одна связанная с таким применением ловушка — внутри замыкания теряется значение слова this за его пределами. Решается она следующим образом:

Рассмотрим еще один приём из той же серии. Повсеместно популяризовали его разработчики фреймворка Yahoo UI, назвав его «Module Pattern» и написав о нём целую статью в официальном блоге.

Пускай у нас есть объект (синглтон), содержащий какие-либо методы и свойства:

var MyModule = ( function () <
var name = ‘Habrahabr’ ;
function sayPreved() <
alert( ‘PREVED ‘ + name.toUpperCase());
>
return <
sayPrevedToHabrahabr: function () <
sayPreved(name);
>
>
>)();
MyModule.sayPrevedToHabrahabr(); //alerts «PREVED Habrahabr»

Напоследок хочу описать распространённую ошибку, которая многих вгоняет в ступор в случае незнания того, как работают замыкания.

Пускай у нас есть массив ссылок, и наша задача — сделать так, чтобы при клике на каждую выводился алертом ее порядковый номер. Первое решение, что приходит в голову, выглядит так:

На деле же оказывается, что при клике на любую ссылку выводится одно и то же число — значение links.length. Почему так происходит? В связи с замыканием объявленная вспомогательная переменная i продолжает существовать, при чём и в тот момент, когда мы кликаем по ссылке. Поскольку к тому времени цикл уже прошёл, i остаётся равным кол-ву ссылок — это значение мы и видим при кликах.

Решается эта проблема следующим образом:

Здесь с помощью еще одного замыкания мы «затеняем» переменную i, создавая ее копию в его локальной области видимости на каждом шаге цикла. Благодаря этому всё теперь работает как задумывалось.

Вот и всё. Эта статья, конечно, не претендует на звание исчерпывающей, но кому-нибудь, надеюсь, всё-таки поможет разобраться. Спасибо за внимание!

Источник