JavaScript世界的一等公民 - 函數

簡介
    在不少傳統語言（C/C++/Java/C#等）中，函數都是做爲一個二等公民存在，你只能用語言的關鍵字聲明一個函數而後調用它，若是須要把函數做爲參數傳給另外一個函數，或是賦值給一個本地變量，又或是做爲返回值，就須要經過函數指針(function pointer)、代理(delegate)等特殊的方式周折一番。

    而在JavaScript世界中函數倒是一等公民，它不只擁有一切傳統函數的使用方式（聲明和調用），並且能夠作到像簡單值同樣賦值、傳參、返回，這樣的函數也稱之爲第一級函數（First-class Function）。不只如此，JavaScript中的函數還充當了類的構造函數的做用，同時又是一個Function類的實例(instance)。這樣的多重身份讓JavaScript的函數變得很是重要。

1、JavaScript函數入門級
    JavaScript函數像通常語言同樣也是遵循先聲明後使用的原則，函數名只能包含字母、數字、下劃線或$，且不能以數字開頭。函數常見的聲明方式有如下兩種：

// 直接聲明函數myfunc
function myfunc(/* arguments */) {
}

// 把匿名函數賦值給本地變量myfunc
var myfunc = function(/* arguments */) {
}

    注意，上面兩種函數聲明方式存在細微的差異：第一種方式在聲明時就是一個 命名的函數，不管是聲明在 調用以前、調用以後，甚至是不會執行到的位置（例如return語句以後或是永遠不會爲真的分支裏），都在整個做用域可訪問；第二種方式是經過把匿名函數賦值給變量的方式，嚴格意義上說這不是一個函數的聲明（function declaration）而是一個函數表達式（function expression）， 在 賦值以前這個函數不能被任何代碼訪問到，也就是說這個賦值必須在調用以前完成，不然調用時會出現錯誤："TypeError: undefined is not a function"。例如：

myfunc1(); // 可以正常調用，由於myfunc1採用直接聲明的方式

function myfunc1() {
}

myfunc2(); // 出錯 TypeError: undefined is not a function

var myfunc2 = function() {
};

    函數的基本調用方式與傳統語言相同用一對括號調用: myfunc()。JavaScript的函數也支持直接或間接的遞歸(recursive)調用，例如經典的斐波那契函數用JavaScript能夠這樣實現：

function fib(n) {
  if (n == 1 || n == 2) {
    return 1;
  } else {
    return fib(n - 2) + fib(n - 1);
  }
}

    在JavaScript的函數能夠處理變長參數，在函數內部都擁有一個名爲arguments的局部變量，它是一個類數組（array-liked）的對象，裏面包含了全部調用時傳入的參數，有length屬性表示參數的個數。例如：

function test() {
  alert(arguments.length);
}

test(1); // 1
test(1, 'a'); // 2
test(true, [], {}); // 3

    利用arguments能夠實現相似C語言printf的功能，也能夠用來實現方法的多態。

2、JavaScript函數進階

2.1 匿名函數和嵌套函數

    在JavaScript能夠聲明一個沒有名稱的函數，稱爲匿名函數（Anonymouse Function）。同時JavaScript還容許在函數內部聲明函數，稱爲嵌套函數（Nested Function），嵌套函數的做用域爲整個父函數。
    在前面函數聲明的部分就看到了匿名函數和嵌套函數的一種用法，因爲匿名函數沒有名稱，不會引入新的變量污染上下文環境，並且會帶來新的變量做用域，所以匿名函數常被用來防止全局環境污染。


    JavaScript運行時中有一個特殊的全局環境（global object），這個對象上面存放全局的函數和變量，實際開發中常常會使用若干第三方的庫或多個js文件，若不當心在全局對象引入重複的變量或函數聲明，則會形成代碼執行混亂。例如前後引入兩個js文件，分別定義了本身的函數log做爲內部使用，則第二引入的函數會覆蓋第一個的定義且不會拋出任何錯誤，在後續的執行中調用log函數可能會形成錯誤。這時候使用一個匿名函數將整個js內的邏輯包裝起來，就能夠避免這種錯誤，這種方法已經被絕大多數開源js庫使用。

(function() { // 匿名函數

    function log(msg) {
        console.log(msg);
    }

    // 其餘代碼

}()); // 當即執行

    以上代碼就是一個簡單的示例，log函數的做用域被限制在這個匿名函數以內，而 匿名函數則由於被外面一對小括號()包括起來，造成一個函數表達式，表達式的值是一個函數，緊接着一對小括號表示當即執行這個函數，讓原有的代碼正常執行一次。不過，這種方式聲明的函數、經過var聲明的變量等等都是內部的，不能被任何匿名函數之外的代碼訪問到。若是你須要對外暴露一些函數做爲接口的話有以下幾種方法：

var mylib = (function(global) {

function log(msg) {
  console.log(msg);
}

log1 = log;         // 法一：利用沒有var的變量聲明的默認行爲，在log1成爲全局變量（不推薦）
global.log2 = log;  // 法二：直接在全局對象上添加log2屬性，賦值爲log函數（推薦）

return {            // 法三：經過匿名函數返回值獲得一系列接口函數集合對象，賦值給全局變量mylib（推薦）
   log: log
};

}(window));

2.2 高階函數（High-order Function）
    若是函數做爲參數或返回值使用時，就稱爲高階函數，JavaScript中的函數均可以做爲高階函數來使用，這也是第一類函數的特徵。下面咱們就分別分析一下這兩種使用方法。

function negative(n) {
  return -n; // 取n的相反值
}

function square(n) {
  return n*n; // n的平方
}

function process(nums, callback) {
  var result = [];

  for(var i = 0, length = nums.length; i < length; i++) {
    result[i] = callback(nums[i]); // 對數組nums中的全部元素傳遞給callback進行處理，將返回值做爲結果保存
  }

  return result;
}

var nums = [-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4];
var n_neg = process(nums, negative);
// n_neg = [3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4];
var n_square = process(nums, square);
// n_square = [9, 4, 1, 0, 1, 4, 9, 16];

    以上代碼展現了把函數做爲參數傳入另外一個函數process調用的示例，在process函數的實現中，把callback做爲一個黑盒子看待，負責把參數傳給它，而後獲取返回值，在調用以前並不清楚callback的具體實現。只有當執行到20行和22行時，callback才被分別表明negative或square，分別對每一個元素進行取相反值或平方值的操做。

function generator() {
  var i = 0;
  return function() {
    return i++;
  };
}

var gen1 = generator(); // 獲得一個天然數生成器
var gen2 = generator(); // 獲得另外一個天然數生成器
var r1 = gen1(); // r1 = 0
var r2 = gen1(); // r2 = 1
var r3 = gen2(); // r3 = 0
var r4 = gen2(); // r4 = 1

    上面的代碼展現了把函數做爲返回值的示例，generator是一個天然數生成器函數，返回值是一個天然數生成函數。每次調用generator時都會把一個匿名函數做爲結果返回，這個匿名函數在被實際調用時依次返回每一個天然數。在generator裏的變量i在每次調用這個匿名函數時都會自增1，這其實就是一個閉包。下面咱們來介紹一下閉包.

2.3 閉包（Closure）
    閉包(Closure)並非一個新鮮的概念，不少函數式語言中都使用了閉包。 在JavaScript中，當你在內嵌函數中使用外部函數做用域內的變量時，就是使用了閉包。用一個經常使用的類比來解釋閉包和類（Class）的關係： 類是帶函數的數據，閉包是帶數據的函數。
     閉包中使用的變量有一個特性，就是它們不在父函數返回時釋放，而是隨着閉包生命週期的結束而結束。好比像上一節中generator的例子，gen1和gen2分別使用了相互獨立的變量i（在gen1的i自增1的時候，gen2的i並不受影響，反之亦然），只要gen1或gen2這兩個變量沒有被JavaScript引擎垃圾回收，他們各自的變量i就不會被釋放。在JavaScript編程中，不知不覺就會使用到閉包， 閉包的這個特性在帶來易用的同時，也容易帶來相似內存泄露的問題。例如：

var elem = document.getElementById('test');
elem.addEventListener('click', function() {
  alert('You clicked ' + elem.tagName);
});

    這段代碼的做用是點擊一個結點時顯示它的標籤名稱，它把一個匿名函數註冊爲一個DOM結點的click事件處理函數，函數內引用了一個DOM對象elem，就造成了閉包。這就會產生一個循環引用，即：DOM->閉包->DOM->閉包...DOM對象在閉包釋放以前不會被釋放；而閉包做爲DOM對象的事件處理函數存在，因此在DOM對象釋放前閉包不會釋放，即便DOM對象在DOM tree中刪除，因爲這個循環引用的存在，DOM對象和閉包都不會被釋放。能夠用下面的方法能夠避免這種內存泄露：

var elem = document.getElementById('test');
elem.addEventListener('click', function() {
  alert('You clicked ' + this.tagName); // 再也不直接引用elem變量
});

    上面這段代碼中用this代替elem（在DOM事件處理函數中this指針指向DOM元素自己），讓JS運行時再也不認爲這個函數中使用了父類的變量，所以再也不造成閉包。
閉包還會帶來不少相似的內存泄露問題，只有在寫代碼的時候着重注意一下閉包，儘可能避免此類的問題產生。

2.4 類構造函數
    JavaScript的函數同時做爲類的構造函數，所以只要聲明一個函數就可使用new關鍵字建立類的實例。

function Person(name) {
  this.name = name;
  this.toString = function() {
    return 'Hello, ' + this.name + '!';
  };
}

var p = new Person('Ghostheaven');
alert(p); // Hello, Ghostheaven!

    在以上實例中Person函數做爲類的構造函數使用，此時this指向新建立的實例對象，能夠爲實例增長屬性和方法，關於詳細的面向對象的JavaScript編程能夠參考 這篇文章。這裏我想要說的是，JavaScript函數做爲類構造函數使用時的返回值問題。

function MyClass(name) {
  this.name = name;
  return name;  // 構造函數的返回值?
}

var obj1 = new MyClass('foo');
var obj2 = MyClass('foo');
var obj3 = new MyClass({});
var obj4 = MyClass({});

    上面的構造函數比較特別，有返回語句，那麼obj1~obj4分別指向什麼對象呢？實際結果是這樣的：

• obj1 = MyClass對象
• obj2 = 'foo'
• obj3 = {}
• obj4 = {}

    具體緣由 這篇文章有解釋，本文再也不贅述，因爲帶返回值的構造函數會產生奇怪的結果，所以不要在構造函數中調用有返回值的返回語句（空return能夠）。

3、JavaScript函數妖怪級
    歡迎來到妖怪級函數授課區，在這裏會交給你如何淡定自如地面對老怪。。。


3.1 Function類
    在JavaScript運行時中有一個內建的類叫作Function，用function關鍵字聲明一個函數實際上是建立Function類對象的一種簡寫形式，全部的函數都擁有Function類全部的方法，例如call、apply、bind等等，能夠經過instanceof關鍵字來驗證這個說法。
    既然Function是一個類，那麼它的構造函數就是Function（它自己也是Function類的對象），應該能夠經過new關鍵字來生成一個函數對象。第一個妖怪來了，那就是如何用Function類構造一個函數。Function的語法以下：

new Function ([arg1[, arg2[, ... argN]],] functionBody)

    其中arg1, arg2, ... argN是字符串，表明參數名稱，functionBody也是字符串，表示函數體，前面的參數名稱是可多可少的，Function的構造函數會把最後一個參數當作函數體，前面的都當作參數處理。

var func1 = new Function('name', 'return "Hello, " + name + "!";');
func1('Ghostheaven'); // Hello, Ghostheaven!

    以上方法就經過Function構造了一個函數，這個函數跟其餘用function關鍵字聲明的函數如出一轍。
看到這兒，不少人可能會問爲何須要這樣一個妖怪呢？ 「存在的便是合理的」，Function類有它獨特的用途，你能夠利用它動態地生成各類函數邏輯，或者代替eval函數的功能，並且能保持當前環境不會被污染*。

3.2 自更新函數（Self-update Function）
在不少語言中，函數一旦聲明過就不能再次聲明同名函數，不然會產生語法錯誤，而在JavaScript中的函數不只能夠重複聲明，並且還能夠本身更新本身。本身吃本身的妖怪來了！

function selfUpdate() {
  window.selfUpdate = function() {
    alert('second run!');
  };

  alert('first run!');
}

selfUpdate(); // first run!
selfUpdate(); // second run!

    這種函數能夠用於只運行一次的邏輯，在第一次運行以後就整個替換成一段新的邏輯。

小結
    JavaScript的函數灰常強大，在漂亮地解決不少問題的同時，也帶來不少負面問題。妖怪級別的函數使用方法一般是一些不爲人知的用法，除非特別必要不要輕易使用，不然會形成代碼閱讀困難，影響團隊開發效率。


    * 在新的ECMAScript中引入了嚴格模式，在嚴格模式下eval函數受到了很大的限制，也可以保證環境不被污染