JavaScript 作用域和閉包

一、作用域

JavaScript 中的作用域指的是變數和函數的可訪問範圍。JavaScript 使用詞法作用域，即作用域由代碼的書寫結構決定，而不是運行時環境。

二、閉包

JavaScript 中，閉包是一個函數對象，它可以訪問定義該函數的作用域里的變數，即使函數已經返回。閉包的特點是，它可以在其相關環境不存在時保留變數。閉包可以被保存到變數中併在以後使用。它具有兩個特征，一是可以訪問外部函數的變數，二是它可以在外部函數執行結束後繼續執行。閉包可以用來實現私有變數，記憶函數（緩存），高階函數等功能。

簡單來說，閉包是一個能夠訪問其他函數作用域中變數的函數。

三、閉包的應用

1、封裝私有變數

閉包的一個常見用途是構建私有變數。當你使用閉包封裝變數時，外部代碼就無法訪問這些變數了。

下麵是一個使用閉包來創建私有變數的示例：

function createCounter() {
  let count = 0;
  return function() {
    return count++;
  }
}

let counter = createCounter();
console.log(counter()); // 0
console.log(counter()); // 1
console.log(counter()); // 2

在這個例子中，createCounter 函數返回了一個閉包。這個閉包訪問了創建時所在作用域中的變數 count。外部代碼不能訪問這個變數，因此這個變數就成為了一個私有變數。

2、高階函數

高階函數是指一個函數，其參數或返回值是一個函數。閉包可以用來捕獲函數作用域中的變數，並將它們傳遞給高階函數。

下麵是一個使用閉包來構建高階函數的示例：

function createMultiplier(x) {
    return function(y) {
        return x * y;
    }
}

let double = createMultiplier(2);
console.log(double(3)); //6
console.log(double(5)); //10
let triple = createMultiplier(3);
console.log(triple(2)); //6
console.log(triple(3)); //9

在這個例子中，createMultiplier是一個高階函數，它返回了一個閉包。 這個閉包捕獲了它定義時所在作用域中的變數 x 併在閉包內部運用這個變數進行運算。

3、延遲計算（高階函數的一種具體實現）

通過閉包，可以將函數和其詞法環境存儲在變數中，直到需要執行函數時再調用它。

function makeAdder(x) {
    return function (y) {
        return x + y;
    };
}
const add5 = makeAdder(5);
console.log(add5(3)); // 8

4、實現私有屬性和私有方法

閉包還有一個重要的應用場景就是實現面向對象編程中的私有屬性和私有方法。

以下是一個使用閉包實現私有屬性和私有方法的例子：

function Person(name) {
    let _name = name;
    this.getName = function() {
        return _name;
    }
    this.setName = function(name) {
        _name = name;
    }
}
let p = new Person('John');
console.log(p.getName()); // John
p.setName('Mike');
console.log(p.getName()); // Mike

在這個例子中，_name 是私有變數，getName() 和 setName() 是私有方法。由於它們是在構造函數中定義的，所以它們可以訪問到 _name 變數。而外部無法直接訪問 _name 變數。

閉包的使用能夠幫助我們實現面向對象編程中的私有屬性和私有方法，使代碼更加安全和可維護。

5、實現計數器（封裝私有變數的一種具體實現）

function makeCounter() {
    let count = 0;
    return function() {
        return count++;
    };
}
const counter = makeCounter();
console.log(counter()); // 0
console.log(counter()); // 1
console.log(counter()); // 2

6、實現防抖函數

通過閉包可以實現一個防抖函數，在指定時間內只會執行一次。

function debounce(fn, delay) {
    let timer = null;
    return function() {
        clearTimeout(timer);
        timer = setTimeout(() => {
            fn.apply(this, arguments);
        }, delay);
    };
}
const debouncedFn = debounce(() => {
    console.log('Debounced function called.');
}, 1000);

7、實現節流函數

通過閉包可以實現一個節流函數，每隔一段時間執行一次。

function throttle(fn, delay) {
    let timer = null;
    return function() {
        if (!timer) {
            timer = setTimeout(() => {
                fn.apply(this, arguments);
                timer = null;
            }, delay);
        }
    };
}
const throttledFn = throttle(() => {
    console.log('Throttled function called.');
}, 1000);

8、實現自執行函數

通過閉包可以實現一個自執行函數，可以在定義時立即執行。

(function () {
    console.log('Self-executing function called.');
})();

9、實現單例模式

單例模式是一種常用的設計模式，它保證一個類只有一個實例，並且提供了一個全局訪問點來訪問這個實例。使用閉包可以很容易地實現單例模式。

下麵是一個使用閉包實現單例模式的例子：

const Singleton = (function() {
    let instance;
    function createInstance() {
        return {};
    }
    return {
        getInstance: function() {
            if (!instance) {
                instance = createInstance();
            }
            return instance;
        }
    };
})();
console.log(Singleton.getInstance() === Singleton.getInstance()); // true

在這個例子中，Singleton 函數返回了一個對象，它包含一個 getInstance() 方法。這個方法用於獲取單例的實例。如果實例不存在，則調用 createInstance() 創建一個新的實例。因為 createInstance() 和 instance 變數都在閉包中定義，所以只能被 getInstance() 方法訪問到。

這樣就可以保證單例模式的特性了,在多次調用 getInstance() 方法時，都會返回同一個實例。

10、實現模塊模式

通過閉包可以實現模塊模式，將代碼封裝在單獨的模塊中，保證變數和函數不會污染全局作用域。

const myModule = (function () {
    let _privateValue = 'Hello, World!';
    function _privateFunction() {
        console.log(_privateValue);
    }
    return {
        publicFunction: function () {
            _privateFunction();
        }
    };
})();
myModule.publicFunction(); // 'Hello, World!'
console.log(_privateValue); // ReferenceError: _privateValue is not defined

11、實現類似於塊級作用域的效果

通過閉包可以實現類似於塊級作用域的效果，將變數和函數封裝在一個單獨的作用域中，防止變數污染。

for (var i = 0; i < 5; i++) {
    (function(index) {
        setTimeout(() => {
            console.log(index);
        }, 1000 * i);
    })(i);
}

12、實現緩存（記憶函數）

通過創建一個閉包並將需要緩存的數據存儲在其中，可以在需要使用數據時直接從緩存中獲取，而不需要重新計算或重新讀取。

下麵是一個使用閉包實現緩存的例子：

function expensiveFunction() {
    console.log('Calculating...');
    return Math.random();
}

function cache(fn) {
    let cache = {};
    return function (arg) {
        if (!cache[arg]) {
            cache[arg] = fn(arg);
        }
        return cache[arg];
    };
}

const cachedFunction = cache(expensiveFunction);
console.log(cachedFunction(5)); // Calculating... 0.5
console.log(cachedFunction(5)); // 0.5

在這個例子中，我們有一個計算代價高昂的函數 expensiveFunction()，它每次都會計算一個隨機數。我們使用 cache() 函數將其包裝在閉包中，並將計算結果存儲在緩存中。當調用 cachedFunction() 函數時，如果緩存中已經有結果，則直接返回緩存中的結果，而不需要重新計算。如果緩存中沒有結果，則調用 expensiveFunction() 計算結果並將其存儲在緩存中。

在這個例子中，我們將參數作為緩存的鍵，這樣就可以緩存不同參數的結果。

閉包緩存的好處是：

• 可以避免重覆計算或重覆讀取
• 可以提高程式的性能
• 可以將緩存邏輯與主程式邏輯分離，更加清晰

缺點是：

• 緩存數據會占用記憶體
• 緩存會在某些時候過期，導致數據不准確
• 如果緩存過大，會導致性能下降

使用閉包實現緩存是一種常用的優化方式，可以有效地提高程式的性能。然而，也需要註意緩存的維護與管理，避免緩存過大或過期導致的數據不准確的問題。

除了使用閉包實現緩存還有其他方法，比如使用Map,WeakMap,localStorage來存儲緩存數據。

使用閉包實現緩存的方法是一種常用的優化方式，可以有效地提高程式的性能。通過將緩存邏輯封裝在閉包中，可以將緩存邏輯與主程式邏輯分離，使程式更加清晰。

閉包是 JavaScript 中一種強大的特性，理解和掌握它的使用方式可以幫助我們編寫出更加高效、可維護的代碼。

需要註意的是，閉包會增加函數作用域鏈的長度，因此如果閉包中存在大量的變數或者被頻繁使用，可能會導致記憶體占用過多，影響性能。

除此之外，閉包也可能會導致作用域鏈上的變數不能及時被垃圾回收機制回收，這就是所謂的閉包記憶體泄漏問題。所以，使用閉包時，需要註意記憶體使用的問題。

在使用閉包時需要註意一些問題，例如：

• 使用完閉包後，應該及時釋放不再使用的閉包。
• 避免在迴圈中使用閉包，這可能會導致不同的閉包引用同一個變數。
• 在使用閉包時，需要謹慎使用 this 和 arguments 變數，因為它們可能會被閉包引用。

同時閉包的應用也會影響到代碼的可讀性和可維護性,需要在使用時考慮清楚。

如果遇到需要閉包且涉及到回調函數，可以使用箭頭函數來簡化代碼，而箭頭函數本身也是閉包的一種，但是其處理方式與普通的函數不同,對作用域和this的綁定等也有區別。

另外，在 ECMAScript6 中，新增了 let 和 const 命令，它們可以用來聲明塊級作用域的變數。let 和 const 命令能夠更好地處理變數提升問題，並且使用塊級作用域可以更好地控制變數的生命周期，減少記憶體泄漏的風險。

在編寫代碼時，應該根據實際需要來選擇使用 var、let 或 const 命令聲明變數。使用 var 命令時，應該儘量避免使用全局變數；使用 let 和 const 命令時，應該儘量避免變數提升問題。

總的來說，JavaScript的閉包是一種非常強大的特性，可以幫助我們更好地處理作用域、私有變數、高階函數等問題。但是，使用閉包也需要註意一些性能和記憶體使用的問題。