ECMAScript 规范中的 for 循环:深入理解其执行机制与作用域管理

ECMAScript 规范中的 for 循环:深入理解其执行机制与作用域管理

本文深入探讨了 ecmascript 规范中 `for` 循环的执行机制,重点解析了其如何通过词法环境(LexicalEnvironment)管理作用域,特别是 `let` 和 `const` 声明的变量如何为每次迭代创建独立的绑定。我们将剖析 `ForLoopEvaluation`、`ForBodyEvaluation` 和 `CreatePerIterationEnvironment` 等抽象操作,揭示 `for` 循环在底层实现变量隔离的原理,并澄清相关概念,以帮助开发者更透彻地理解 javaScript 的作用域行为。

1. for 循环的初始设置:ForLoopEvaluation

javascript 引擎遇到一个 for 循环语句,例如 for (let i = 0; i < 10; i++) { … },它会首先执行 ForLoopEvaluation 抽象操作来初始化循环。这一阶段的核心任务是建立循环的初始词法环境(LexicalEnvironment)和绑定循环变量。

  1. 创建循环环境 (loopEnv): 引擎会创建一个新的声明式环境记录(Declarative Environment Record),称之为 loopEnv。这个 loopEnv 的外部环境([[OuterEnv]])指向当前运行执行上下文的词法环境(oldEnv)。随后,当前运行执行上下文的 LexicalEnvironment 会被设置为这个新创建的 loopEnv。

  2. 绑定循环变量: 如果 for 语句的初始化部分包含词法声明(LexicalDeclaration,即使用 let 或 const 声明变量),这些变量的名称(boundNames)会在 loopEnv 中进行绑定。

    • 对于 const 声明的变量,会创建不可变绑定(ImmutableBinding)。
    • 对于 let 声明的变量,会创建可变绑定(MutableBinding)。 这些变量的初始值会通过评估 LexicalDeclaration 来设置。

这一步确保了循环变量(如 i)在循环外部环境之上拥有自己的独立作用域,为后续的迭代环境创建奠定了基础。

2. 循环体的迭代评估:ForBodyEvaluation

ForBodyEvaluation 是 for 循环的核心迭代逻辑所在。它负责处理循环条件、执行循环体语句以及处理增量表达式,并循环往复,直到条件不再满足。

  1. 逐次迭代环境的创建: 在每次循环迭代开始时(甚至在第一次条件检查之前),引擎会调用 CreatePerIterationEnvironment 抽象操作。这是理解 let 和 const 在 for 循环中“每次迭代都有新变量”行为的关键。

  2. 条件评估: 如果 test 表达式存在(即循环条件,如 i < 10),引擎会评估它。如果评估结果转换为布尔值 false,则循环终止,并返回之前迭代中累积的结果 V。

  3. 循环体执行: 如果条件为 true,引擎会执行 stmt(循环体语句)。

  4. 增量表达式评估: 在循环体执行完毕后,如果 increment 表达式存在(如 i++),引擎会评估它。

这个过程在一个 Repeat 循环中进行,直到 test 条件不满足或遇到 breakcontinue 等中断指令。

3. 逐次迭代环境的创建:CreatePerIterationEnvironment

CreatePerIterationEnvironment 是 for 循环中 let/const 变量实现“块级作用域”和“每次迭代独立作用域”的关键。它解释了为什么 for (let i = 0; …) 中的 i 在每次迭代中表现得像一个新变量。

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核心机制:

  1. 判断是否存在迭代绑定 (perIterationBindings): 如果 for 循环的初始化部分使用了 let 或 const 声明了变量(这些变量构成 perIterationBindings 列表),则会执行以下步骤:

  2. 获取上一次迭代的环境 (lastIterationEnv): lastIterationEnv 被设置为当前运行执行上下文的 LexicalEnvironment。

    • 对于第一次迭代,lastIterationEnv 就是在 ForLoopEvaluation 中创建的 loopEnv。
    • 对于后续迭代,lastIterationEnv 则是前一次迭代中创建的 thisIterationEnv。
  3. 创建新的迭代环境 (thisIterationEnv): 引擎会创建一个全新的声明式环境记录 thisIterationEnv。

    • 关键点:thisIterationEnv 的外部环境([[OuterEnv]])被设置为 lastIterationEnv 的外部环境 (lastIterationEnv.[[OuterEnv]])。这意味着,每次迭代创建的新环境,其父级环境都是循环外部的那个环境,而不是前一次迭代的环境。这确保了每次迭代的变量绑定是独立的,但它们仍然可以访问循环外部的变量。
  4. 绑定和初始化迭代变量: 对于 perIterationBindings 中的每个变量 bn:

    • 在 thisIterationEnv 中创建一个可变绑定(CreateMutableBinding)。
    • 从 lastIterationEnv 中获取 bn 的当前值(GetBindingValue)。
    • 使用获取到的值来初始化 thisIterationEnv 中的 bn 绑定(InitializeBinding)。
  5. 更新运行执行上下文的词法环境: 最后,当前运行执行上下文的 LexicalEnvironment 被设置为新创建的 thisIterationEnv。

澄清概念:

这里需要强调的是,尽管规范中提到“运行执行上下文的 LexicalEnvironment”,但这不意味着每次迭代都会创建一个新的执行上下文。相反,它指的是在当前运行的执行上下文内部,其 LexicalEnvironment 指针会不断地在不同的词法环境记录之间切换。lastIterationEnv 始终是前一个有效的词法环境,而 thisIterationEnv 是为当前迭代新创建的。这种机制确保了 let 和 const 变量在每次循环迭代中都拥有一个“新鲜”的绑定,即使它们的名称相同。

4. let/const 与 var 在 for 循环中的区别

CreatePerIterationEnvironment 的存在,是 let/const 与 var 在 for 循环中行为差异的根本原因。

使用 let 的示例:

 for (let i = 0; i < 3; i++) {   setTimeout(() => {

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