函数的扩展
函数参数的默认值
基本用法
ES6 之前,不能直接为函数的参数指定默认值,只能采用变通的方法。
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上面代码检查函数log
的参数y
有没有赋值,如果没有,则指定默认值为World
。这种写法的缺点在于,如果参数y
赋值了,但是对应的布尔值为false
,则该赋值不起作用。就像上面代码的最后一行,参数y
等于空字符,结果被改为默认值。
为了避免这个问题,通常需要先判断一下参数y
是否被赋值,如果没有,再等于默认值。
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ES6 允许为函数的参数设置默认值,即直接写在参数定义的后面。
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可以看到,ES6 的写法比 ES5 简洁许多,而且非常自然。下面是另一个例子。
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除了简洁,ES6 的写法还有两个好处:首先,阅读代码的人,可以立刻意识到哪些参数是可以省略的,不用查看函数体或文档;其次,有利于将来的代码优化,即使未来的版本在对外接口中,彻底拿掉这个参数,也不会导致以前的代码无法运行。
参数变量是默认声明的,所以不能用let
或const
再次声明。
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上面代码中,参数变量x
是默认声明的,在函数体中,不能用let
或const
再次声明,否则会报错。
使用参数默认值时,函数不能有同名参数。
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另外,一个容易忽略的地方是,参数默认值不是传值的,而是每次都重新计算默认值表达式的值。也就是说,参数默认值是惰性求值的。
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上面代码中,参数p
的默认值是x + 1
。这时,每次调用函数foo
,都会重新计算x + 1
,而不是默认p
等于 100。
与解构赋值默认值结合使用
参数默认值可以与解构赋值的默认值,结合起来使用。
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上面代码只使用了对象的解构赋值默认值,没有使用函数参数的默认值。只有当函数foo
的参数是一个对象时,变量x
和y
才会通过解构赋值生成。如果函数foo
调用时没提供参数,变量x
和y
就不会生成,从而报错。通过提供函数参数的默认值,就可以避免这种情况。
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上面代码指定,如果没有提供参数,函数foo
的参数默认为一个空对象。
下面是另一个解构赋值默认值的例子。
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上面代码中,如果函数fetch
的第二个参数是一个对象,就可以为它的三个属性设置默认值。这种写法不能省略第二个参数,如果结合函数参数的默认值,就可以省略第二个参数。这时,就出现了双重默认值。
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上面代码中,函数fetch
没有第二个参数时,函数参数的默认值就会生效,然后才是解构赋值的默认值生效,变量method
才会取到默认值GET
。
作为练习,请问下面两种写法有什么差别?
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上面两种写法都对函数的参数设定了默认值,区别是写法一函数参数的默认值是空对象,但是设置了对象解构赋值的默认值;写法二函数参数的默认值是一个有具体属性的对象,但是没有设置对象解构赋值的默认值。
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参数默认值的位置
通常情况下,定义了默认值的参数,应该是函数的尾参数。因为这样比较容易看出来,到底省略了哪些参数。如果非尾部的参数设置默认值,实际上这个参数是没法省略的。
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上面代码中,有默认值的参数都不是尾参数。这时,无法只省略该参数,而不省略它后面的参数,除非显式输入undefined
。
如果传入undefined
,将触发该参数等于默认值,null
则没有这个效果。
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上面代码中,x
参数对应undefined
,结果触发了默认值,y
参数等于null
,就没有触发默认值。
函数的 length 属性
指定了默认值以后,函数的length
属性,将返回没有指定默认值的参数个数。也就是说,指定了默认值后,length
属性将失真。
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上面代码中,length
属性的返回值,等于函数的参数个数减去指定了默认值的参数个数。比如,上面最后一个函数,定义了 3 个参数,其中有一个参数c
指定了默认值,因此length
属性等于3
减去1
,最后得到2
。
这是因为length
属性的含义是,该函数预期传入的参数个数。某个参数指定默认值以后,预期传入的参数个数就不包括这个参数了。同理,后文的 rest 参数也不会计入length
属性。
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如果设置了默认值的参数不是尾参数,那么length
属性也不再计入后面的参数了。
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作用域
一旦设置了参数的默认值,函数进行声明初始化时,参数会形成一个单独的作用域(context)。等到初始化结束,这个作用域就会消失。这种语法行为,在不设置参数默认值时,是不会出现的。
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上面代码中,参数y
的默认值等于变量x
。调用函数f
时,参数形成一个单独的作用域。在这个作用域里面,默认值变量x
指向第一个参数x
,而不是全局变量x
,所以输出是2
。
再看下面的例子。
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上面代码中,函数f
调用时,参数y = x
形成一个单独的作用域。这个作用域里面,变量x
本身没有定义,所以指向外层的全局变量x
。函数调用时,函数体内部的局部变量x
影响不到默认值变量x
。
如果此时,全局变量x
不存在,就会报错。
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下面这样写,也会报错。
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上面代码中,参数x = x
形成一个单独作用域。实际执行的是let x = x
,由于暂时性死区的原因,这行代码会报错。
如果参数的默认值是一个函数,该函数的作用域也遵守这个规则。请看下面的例子。
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上面代码中,函数bar
的参数func
的默认值是一个匿名函数,返回值为变量foo
。函数参数形成的单独作用域里面,并没有定义变量foo
,所以foo
指向外层的全局变量foo
,因此输出outer
。
如果写成下面这样,就会报错。
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上面代码中,匿名函数里面的foo
指向函数外层,但是函数外层并没有声明变量foo
,所以就报错了。
下面是一个更复杂的例子。
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上面代码中,函数foo
的参数形成一个单独作用域。这个作用域里面,首先声明了变量x
,然后声明了变量y
,y
的默认值是一个匿名函数。这个匿名函数内部的变量x
,指向同一个作用域的第一个参数x
。函数foo
内部又声明了一个内部变量x
,该变量与第一个参数x
由于不是同一个作用域,所以不是同一个变量,因此执行y
后,内部变量x
和外部全局变量x
的值都没变。
如果将var x = 3
的var
去除,函数foo
的内部变量x
就指向第一个参数x
,与匿名函数内部的x
是一致的,所以最后输出的就是2
,而外层的全局变量x
依然不受影响。
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应用
利用参数默认值,可以指定某一个参数不得省略,如果省略就抛出一个错误。
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上面代码的foo
函数,如果调用的时候没有参数,就会调用默认值throwIfMissing
函数,从而抛出一个错误。
从上面代码还可以看到,参数mustBeProvided
的默认值等于throwIfMissing
函数的运行结果(注意函数名throwIfMissing
之后有一对圆括号),这表明参数的默认值不是在定义时执行,而是在运行时执行。如果参数已经赋值,默认值中的函数就不会运行。
另外,可以将参数默认值设为undefined
,表明这个参数是可以省略的。
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rest 参数
ES6 引入 rest 参数(形式为...变量名
),用于获取函数的多余参数,这样就不需要使用arguments
对象了。rest 参数搭配的变量是一个数组,该变量将多余的参数放入数组中。
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上面代码的add
函数是一个求和函数,利用 rest 参数,可以向该函数传入任意数目的参数。
下面是一个 rest 参数代替arguments
变量的例子。
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上面代码的两种写法,比较后可以发现,rest 参数的写法更自然也更简洁。
arguments
对象不是数组,而是一个类似数组的对象。所以为了使用数组的方法,必须使用Array.from
先将其转为数组。rest 参数就不存在这个问题,它就是一个真正的数组,数组特有的方法都可以使用。下面是一个利用 rest 参数改写数组push
方法的例子。
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注意,rest 参数之后不能再有其他参数(即只能是最后一个参数),否则会报错。
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函数的length
属性,不包括 rest 参数。
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严格模式
从 ES5 开始,函数内部可以设定为严格模式。
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ES2016 做了一点修改,规定只要函数参数使用了默认值、解构赋值、或者扩展运算符,那么函数内部就不能显式设定为严格模式,否则会报错。
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这样规定的原因是,函数内部的严格模式,同时适用于函数体和函数参数。但是,函数执行的时候,先执行函数参数,然后再执行函数体。这样就有一个不合理的地方,只有从函数体之中,才能知道参数是否应该以严格模式执行,但是参数却应该先于函数体执行。
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上面代码中,参数value
的默认值是八进制数070
,但是严格模式下不能用前缀0
表示八进制,所以应该报错。但是实际上,JavaScript 引擎会先成功执行value = 070
,然后进入函数体内部,发现需要用严格模式执行,这时才会报错。
虽然可以先解析函数体代码,再执行参数代码,但是这样无疑就增加了复杂性。因此,标准索性禁止了这种用法,只要参数使用了默认值、解构赋值、或者扩展运算符,就不能显式指定严格模式。
两种方法可以规避这种限制。第一种是设定全局性的严格模式,这是合法的。
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第二种是把函数包在一个无参数的立即执行函数里面。
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name 属性
函数的name
属性,返回该函数的函数名。
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这个属性早就被浏览器广泛支持,但是直到 ES6,才将其写入了标准。
需要注意的是,ES6 对这个属性的行为做出了一些修改。如果将一个匿名函数赋值给一个变量,ES5 的name
属性,会返回空字符串,而 ES6 的name
属性会返回实际的函数名。
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上面代码中,变量f
等于一个匿名函数,ES5 和 ES6 的name
属性返回的值不一样。
如果将一个具名函数赋值给一个变量,则 ES5 和 ES6 的name
属性都返回这个具名函数原本的名字。
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Function
构造函数返回的函数实例,name
属性的值为anonymous
。
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bind
返回的函数,name
属性值会加上bound
前缀。
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箭头函数
基本用法
ES6 允许使用“箭头”(=>
)定义函数。
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如果箭头函数不需要参数或需要多个参数,就使用一个圆括号代表参数部分。
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如果箭头函数的代码块部分多于一条语句,就要使用大括号将它们括起来,并且使用return
语句返回。
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由于大括号被解释为代码块,所以如果箭头函数直接返回一个对象,必须在对象外面加上括号,否则会报错。
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下面是一种特殊情况,虽然可以运行,但会得到错误的结果。
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上面代码中,原始意图是返回一个对象{ a: 1 }
,但是由于引擎认为大括号是代码块,所以执行了一行语句a: 1
。这时,a
可以被解释为语句的标签,因此实际执行的语句是1;
,然后函数就结束了,没有返回值。
如果箭头函数只有一行语句,且不需要返回值,可以采用下面的写法,就不用写大括号了。
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箭头函数可以与变量解构结合使用。
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箭头函数使得表达更加简洁。
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上面代码只用了两行,就定义了两个简单的工具函数。如果不用箭头函数,可能就要占用多行,而且还不如现在这样写醒目。
箭头函数的一个用处是简化回调函数。
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另一个例子是
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下面是 rest 参数与箭头函数结合的例子。
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使用注意点
箭头函数有几个使用注意点。
(1)箭头函数没有自己的this
对象(详见下文)。
(2)不可以当作构造函数,也就是说,不可以对箭头函数使用new
命令,否则会抛出一个错误。
(3)不可以使用arguments
对象,该对象在函数体内不存在。如果要用,可以用 rest 参数代替。
(4)不可以使用yield
命令,因此箭头函数不能用作 Generator 函数。
上面四点中,最重要的是第一点。对于普通函数来说,内部的this
指向函数运行时所在的对象,但是这一点对箭头函数不成立。它没有自己的this
对象,内部的this
就是定义时上层作用域中的this
。也就是说,箭头函数内部的this
指向是固定的,相比之下,普通函数的this
指向是可变的。
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上面代码中,setTimeout()
的参数是一个箭头函数,这个箭头函数的定义生效是在foo
函数生成时,而它的真正执行要等到 100 毫秒后。如果是普通函数,执行时this
应该指向全局对象window
,这时应该输出21
。但是,箭头函数导致this
总是指向函数定义生效时所在的对象(本例是{id: 42}
),所以打印出来的是42
。
下面例子是回调函数分别为箭头函数和普通函数,对比它们内部的this
指向。
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上面代码中,Timer
函数内部设置了两个定时器,分别使用了箭头函数和普通函数。前者的this
绑定定义时所在的作用域(即Timer
函数),后者的this
指向运行时所在的作用域(即全局对象)。所以,3100 毫秒之后,timer.s1
被更新了 3 次,而timer.s2
一次都没更新。
箭头函数实际上可以让this
指向固定化,绑定this
使得它不再可变,这种特性很有利于封装回调函数。下面是一个例子,DOM 事件的回调函数封装在一个对象里面。
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上面代码的init()
方法中,使用了箭头函数,这导致这个箭头函数里面的this
,总是指向handler
对象。如果回调函数是普通函数,那么运行this.doSomething()
这一行会报错,因为此时this
指向document
对象。
总之,箭头函数根本没有自己的this
,导致内部的this
就是外层代码块的this
。正是因为它没有this
,所以也就不能用作构造函数。
下面是 Babel 转箭头函数产生的 ES5 代码,就能清楚地说明this
的指向。
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上面代码中,转换后的 ES5 版本清楚地说明了,箭头函数里面根本没有自己的this
,而是引用外层的this
。
请问下面的代码之中,this
的指向有几个?
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答案是this
的指向只有一个,就是函数foo
的this
,这是因为所有的内层函数都是箭头函数,都没有自己的this
,它们的this
其实都是最外层foo
函数的this
。所以不管怎么嵌套,t1
、t2
、t3
都输出同样的结果。如果这个例子的所有内层函数都写成普通函数,那么每个函数的this
都指向运行时所在的不同对象。
除了this
,以下三个变量在箭头函数之中也是不存在的,指向外层函数的对应变量:arguments
、super
、new.target
。
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上面代码中,箭头函数内部的变量arguments
,其实是函数foo
的arguments
变量。
另外,由于箭头函数没有自己的this
,所以当然也就不能用call()
、apply()
、bind()
这些方法去改变this
的指向。
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上面代码中,箭头函数没有自己的this
,所以bind
方法无效,内部的this
指向外部的this
。
长期以来,JavaScript 语言的this
对象一直是一个令人头痛的问题,在对象方法中使用this
,必须非常小心。箭头函数”绑定”this
,很大程度上解决了这个困扰。
不适用场合
由于箭头函数使得this
从“动态”变成“静态”,下面两个场合不应该使用箭头函数。
第一个场合是定义对象的方法,且该方法内部包括this
。
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上面代码中,cat.jumps()
方法是一个箭头函数,这是错误的。调用cat.jumps()
时,如果是普通函数,该方法内部的this
指向cat
;如果写成上面那样的箭头函数,使得this
指向全局对象,因此不会得到预期结果。这是因为对象不构成单独的作用域,导致jumps
箭头函数定义时的作用域就是全局作用域。
再看一个例子。
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上面例子中,obj.m()
使用箭头函数定义。JavaScript 引擎的处理方法是,先在全局空间生成这个箭头函数,然后赋值给obj.m
,这导致箭头函数内部的this
指向全局对象,所以obj.m()
输出的是全局空间的21
,而不是对象内部的42
。上面的代码实际上等同于下面的代码。
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由于上面这个原因,对象的属性建议使用传统的写法定义,不要用箭头函数定义。
第二个场合是需要动态this
的时候,也不应使用箭头函数。
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上面代码运行时,点击按钮会报错,因为button
的监听函数是一个箭头函数,导致里面的this
就是全局对象。如果改成普通函数,this
就会动态指向被点击的按钮对象。
另外,如果函数体很复杂,有许多行,或者函数内部有大量的读写操作,不单纯是为了计算值,这时也不应该使用箭头函数,而是要使用普通函数,这样可以提高代码可读性。
嵌套的箭头函数
箭头函数内部,还可以再使用箭头函数。下面是一个 ES5 语法的多重嵌套函数。
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上面这个函数,可以使用箭头函数改写。
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下面是一个部署管道机制(pipeline)的例子,即前一个函数的输出是后一个函数的输入。
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如果觉得上面的写法可读性比较差,也可以采用下面的写法。
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箭头函数还有一个功能,就是可以很方便地改写 λ 演算。
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上面两种写法,几乎是一一对应的。由于 λ 演算对于计算机科学非常重要,这使得我们可以用 ES6 作为替代工具,探索计算机科学。
尾调用优化
什么是尾调用?
尾调用(Tail Call)是函数式编程的一个重要概念,本身非常简单,一句话就能说清楚,就是指某个函数的最后一步是调用另一个函数。
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上面代码中,函数f
的最后一步是调用函数g
,这就叫尾调用。
以下三种情况,都不属于尾调用。
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上面代码中,情况一是调用函数g
之后,还有赋值操作,所以不属于尾调用,即使语义完全一样。情况二也属于调用后还有操作,即使写在一行内。情况三等同于下面的代码。
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尾调用不一定出现在函数尾部,只要是最后一步操作即可。
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上面代码中,函数m
和n
都属于尾调用,因为它们都是函数f
的最后一步操作。
尾调用优化
尾调用之所以与其他调用不同,就在于它的特殊的调用位置。
我们知道,函数调用会在内存形成一个“调用记录”,又称“调用帧”(call frame),保存调用位置和内部变量等信息。如果在函数A
的内部调用函数B
,那么在A
的调用帧上方,还会形成一个B
的调用帧。等到B
运行结束,将结果返回到A
,B
的调用帧才会消失。如果函数B
内部还调用函数C
,那就还有一个C
的调用帧,以此类推。所有的调用帧,就形成一个“调用栈”(call stack)。
尾调用由于是函数的最后一步操作,所以不需要保留外层函数的调用帧,因为调用位置、内部变量等信息都不会再用到了,只要直接用内层函数的调用帧,取代外层函数的调用帧就可以了。
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上面代码中,如果函数g
不是尾调用,函数f
就需要保存内部变量m
和n
的值、g
的调用位置等信息。但由于调用g
之后,函数f
就结束了,所以执行到最后一步,完全可以删除f(x)
的调用帧,只保留g(3)
的调用帧。
这就叫做“尾调用优化”(Tail call optimization),即只保留内层函数的调用帧。如果所有函数都是尾调用,那么完全可以做到每次执行时,调用帧只有一项,这将大大节省内存。这就是“尾调用优化”的意义。
注意,只有不再用到外层函数的内部变量,内层函数的调用帧才会取代外层函数的调用帧,否则就无法进行“尾调用优化”。
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上面的函数不会进行尾调用优化,因为内层函数inner
用到了外层函数addOne
的内部变量one
。
注意,目前只有 Safari 浏览器支持尾调用优化,Chrome 和 Firefox 都不支持。
尾递归
函数调用自身,称为递归。如果尾调用自身,就称为尾递归。
递归非常耗费内存,因为需要同时保存成千上百个调用帧,很容易发生“栈溢出”错误(stack overflow)。但对于尾递归来说,由于只存在一个调用帧,所以永远不会发生“栈溢出”错误。
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上面代码是一个阶乘函数,计算n
的阶乘,最多需要保存n
个调用记录,复杂度 O(n) 。
如果改写成尾递归,只保留一个调用记录,复杂度 O(1) 。
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还有一个比较著名的例子,就是计算 Fibonacci 数列,也能充分说明尾递归优化的重要性。
非尾递归的 Fibonacci 数列实现如下。
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尾递归优化过的 Fibonacci 数列实现如下。
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由此可见,“尾调用优化”对递归操作意义重大,所以一些函数式编程语言将其写入了语言规格。ES6 亦是如此,第一次明确规定,所有 ECMAScript 的实现,都必须部署“尾调用优化”。这就是说,ES6 中只要使用尾递归,就不会发生栈溢出(或者层层递归造成的超时),相对节省内存。
递归函数的改写
尾递归的实现,往往需要改写递归函数,确保最后一步只调用自身。做到这一点的方法,就是把所有用到的内部变量改写成函数的参数。比如上面的例子,阶乘函数 factorial 需要用到一个中间变量total
,那就把这个中间变量改写成函数的参数。这样做的缺点就是不太直观,第一眼很难看出来,为什么计算5
的阶乘,需要传入两个参数5
和1
?
两个方法可以解决这个问题。方法一是在尾递归函数之外,再提供一个正常形式的函数。
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上面代码通过一个正常形式的阶乘函数factorial
,调用尾递归函数tailFactorial
,看起来就正常多了。
函数式编程有一个概念,叫做柯里化(currying),意思是将多参数的函数转换成单参数的形式。这里也可以使用柯里化。
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上面代码通过柯里化,将尾递归函数tailFactorial
变为只接受一个参数的factorial
。
第二种方法就简单多了,就是采用 ES6 的函数默认值。
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上面代码中,参数total
有默认值1
,所以调用时不用提供这个值。
总结一下,递归本质上是一种循环操作。纯粹的函数式编程语言没有循环操作命令,所有的循环都用递归实现,这就是为什么尾递归对这些语言极其重要。对于其他支持“尾调用优化”的语言(比如 Lua,ES6),只需要知道循环可以用递归代替,而一旦使用递归,就最好使用尾递归。
严格模式
ES6 的尾调用优化只在严格模式下开启,正常模式是无效的。
这是因为在正常模式下,函数内部有两个变量,可以跟踪函数的调用栈。
func.arguments
:返回调用时函数的参数。func.caller
:返回调用当前函数的那个函数。
尾调用优化发生时,函数的调用栈会改写,因此上面两个变量就会失真。严格模式禁用这两个变量,所以尾调用模式仅在严格模式下生效。
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尾递归优化的实现
尾递归优化只在严格模式下生效,那么正常模式下,或者那些不支持该功能的环境中,有没有办法也使用尾递归优化呢?回答是可以的,就是自己实现尾递归优化。
它的原理非常简单。尾递归之所以需要优化,原因是调用栈太多,造成溢出,那么只要减少调用栈,就不会溢出。怎么做可以减少调用栈呢?就是采用“循环”换掉“递归”。
下面是一个正常的递归函数。
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上面代码中,sum
是一个递归函数,参数x
是需要累加的值,参数y
控制递归次数。一旦指定sum
递归 100000 次,就会报错,提示超出调用栈的最大次数。
蹦床函数(trampoline)可以将递归执行转为循环执行。
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上面就是蹦床函数的一个实现,它接受一个函数f
作为参数。只要f
执行后返回一个函数,就继续执行。注意,这里是返回一个函数,然后执行该函数,而不是函数里面调用函数,这样就避免了递归执行,从而就消除了调用栈过大的问题。
然后,要做的就是将原来的递归函数,改写为每一步返回另一个函数。
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上面代码中,sum
函数的每次执行,都会返回自身的另一个版本。
现在,使用蹦床函数执行sum
,就不会发生调用栈溢出。
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蹦床函数并不是真正的尾递归优化,下面的实现才是。
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上面代码中,tco
函数是尾递归优化的实现,它的奥妙就在于状态变量active
。默认情况下,这个变量是不激活的。一旦进入尾递归优化的过程,这个变量就激活了。然后,每一轮递归sum
返回的都是undefined
,所以就避免了递归执行;而accumulated
数组存放每一轮sum
执行的参数,总是有值的,这就保证了accumulator
函数内部的while
循环总是会执行。这样就很巧妙地将“递归”改成了“循环”,而后一轮的参数会取代前一轮的参数,保证了调用栈只有一层。
函数参数的尾逗号
ES2017 允许函数的最后一个参数有尾逗号(trailing comma)。
此前,函数定义和调用时,都不允许最后一个参数后面出现逗号。
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上面代码中,如果在param2
或bar
后面加一个逗号,就会报错。
如果像上面这样,将参数写成多行(即每个参数占据一行),以后修改代码的时候,想为函数clownsEverywhere
添加第三个参数,或者调整参数的次序,就势必要在原来最后一个参数后面添加一个逗号。这对于版本管理系统来说,就会显示添加逗号的那一行也发生了变动。这看上去有点冗余,因此新的语法允许定义和调用时,尾部直接有一个逗号。
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这样的规定也使得,函数参数与数组和对象的尾逗号规则,保持一致了。
Function.prototype.toString()
ES2019 对函数实例的toString()
方法做出了修改。
toString()
方法返回函数代码本身,以前会省略注释和空格。
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上面代码中,函数foo
的原始代码包含注释,函数名foo
和圆括号之间有空格,但是toString()
方法都把它们省略了。
修改后的toString()
方法,明确要求返回一模一样的原始代码。
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catch 命令的参数省略
JavaScript 语言的try...catch
结构,以前明确要求catch
命令后面必须跟参数,接受try
代码块抛出的错误对象。
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上面代码中,catch
命令后面带有参数err
。
很多时候,catch
代码块可能用不到这个参数。但是,为了保证语法正确,还是必须写。ES2019 做出了改变,允许catch
语句省略参数。
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