Variable scope, closure

JavaScript is a very function-oriented language. It gives us a lot of freedom. A function can be created at any moment, passed as an argument to another function, and then called from a totally different place of code later.

We already know that a function can access variables outside of it (“outer” variables).

But what happens if outer variables change since a function is created? Will the function get newer values or the old ones?

And what if a function is passed along as a parameter and called from another place of code, will it get access to outer variables at the new place?

Let’s expand our knowledge to understand these scenarios and more complex ones.

سنتحدث عن المُتغيرات let/const هنا

كُتل الكود

إذا تم تعريف مُتغير داخل كتلة من الكود {...}, هذا المٌتغير يمكن رؤيته فقط داخل هذه الكتلة.

مثلاً:

{
  // تعريف مُتغير محلي لا يمكن أن تتم رؤيته في الخارج


  let message = "Hello"; // مرئي فقط داخل هذه الكتلة

  alert(message); // Hello
}

alert(message); // خطأ: message غير مُعرًفة

يمكن أن نستخدم هذا فى عزل جزء من الكود للقيام بمهمة خاصةٍ به بإستخدام المُتغيرات التي تنتمي إليه فقط:

{
  // إظهار رسالة
  let message = 'Hello';
  alert(message);
}

{
  // إظهار رسالة أخرى
  let message = 'Goodbye';
  alert(message);
}

سيكون هناك خطاء بدون الأقواس

// إظهار رسالة
let message = "Hello";
alert(message);

// إظهار رسالة أخرى
let message = "Goodbye"; // خطأ: مُتغير موجود بالفعل
alert(message);

لكلِ من if, for, while وهكذا كل المُتغيرات المُعرًفة بداخلها {...} يمكن رؤيتها فقط داخل الأقواس:

if (true) {
  let phrase = 'Hello!';

  alert(phrase); // Hello!
}

alert(phrase); // خطأ, مُتغير غير موجود!

هنا, بعد إنتهاء if, alert لن ترى phrase لذلك يوجد خطأ

هذا عظيم, هذا يسمح لنا بإنشاء متغير محلي للكتلة خاص فقط بفرع if.

نفس الشئ عند القيام بـ for و while:

for (let i = 0; i < 3; i++) {
  // المتغير i لا يمكن رؤيته إلا داخل الـ for
  alert(i); // 0, then 1, then 2
}

alert(i); // خطأ, مُتغير غير موجود!

لاحظ أن بصرياً let i تعتبر خارج الأقواس {...}. لكن for تعتبر حالة بناء خاصة لأن كل ما تم تعريفه بداخلها يعتبر داخل الأقواس.

الدوال المتداخلة

تسمي الدالة متداخلة عندما يتم إنشاتها داخل دالة أخري.

هذا سهل القيام به في جافا سكريبت.

يمكن إستخدام هذا في تنظيم الكود الخاص بنا, مثل هذا:

function sayHiBye(firstName, lastName) {
  // دالة متداخلة للمساعدة
  function getFullName() {
    return firstName + ' ' + lastName;
  }

  alert('Hello, ' + getFullName());
  alert('Bye, ' + getFullName());
}

هنا الدالة المتداخلة getFullName() صُنعت للإقناع. هذه الدالة يمكنها الوصول للمُتغيرات الخارجية وتُرجع الإسم بالكامل. تعتبر الدوال المتداخلة إلى حد ما شائعة الإستخدام في جافا سكريبت.

والمثير للإهتمام ايضاً أن الدالة المتداخلة يمكن إرجاعها! إما علي شكل خاصية لكائن أو نتيجة إذا كانت تقوم ببعض العمليات. أيضا يمكن إستخدامها فى أي مكان أخر ليس من المهم أين لكنها مازالت تستطيع الوصول لنفس المُتغيرات الخارجية.

في الأسفل, makeCounter صَنعت “counter” و دالة أخرى تُرجع الرقم التالي مع كل نداء:

function makeCounter() {
  let count = 0;

  return function () {
    return count++;
  };
}

let counter = makeCounter();

alert(counter()); // 0
alert(counter()); // 1
alert(counter()); // 2

بالرغم من أن هذا المثال بسيط جداً إلا أنه يستخدم في الحياة العملية كمثال: موْلد رقم عشوائي لصُنع قيمة عشوائية للتجارب الاوتوماتيكية.

كيف يعمل هذا؟ هل إذا صنعنا عدادات كثير سيكونوا غير معتمدين علي بعضهم؟ ماذا يحدث مع المتغيرات هنا؟

فهم هذه الأشياء يعد عظيماً للمعلومات الشاملة لجافا سكريبت ومفيد جداً في حالة السيناريوهات المعقدة. لذلك هيا نتعمق أكثر في أمور أكثر صعوبة وتحتاج إلي تركيز.

البيئات المعجمية

للإيضاح, سينقسم الشرح إلي عدة خطوات

الخطوة الأولي: المُتغيرات

في لغة جافا سكريبت، تملك كلّ دالة عاملة أو كتلة شفرات ‎{...}‎ أو حتّى السكربت كلّه – تملك كائنًا داخليًا مرتبطًا بها (ولكنّه مخفي) يُدعى بالبيئة المُعجمية Lexical Environment.

تتألّف كائنات البيئات المُعجمية هذه من قسمين:

1. سجلّ مُعجمي Environment Record: وهو كائن يخزّن كافة المتغيرات المحلية على أنّها خاصيات له (كما وغيرها من معلومات مثل قيمة ‎this‎).
2. إشارة إلى البيئة المُعجمية الخارجية – أي المرتبطة مع الكود الخارجي للكائن المُعجمي.

ليس «المتغير» إلا خاصية لإحدى الكائنات الداخلية الخاصة: السجل المُعجمي ‎Environment Record‎. وحين نعني «بأخذ المتغير أو تغيير قيمته» فنعني «بأخذ خاصية ذلك الكائن أو تغيير قيمتها».

إليك هذه الكود البسيط مثالًا (فيها بيئة مُعجمية واحدة فقط):

هذا ما نسمّيه البيئة المُعجمية العمومية (global) وهي مرتبطة بالسكربت كاملًَا.

نعني بالمستطيل (في الصورة أعلاه) السجل المُعجمي (أي مخزن المتغيرات)، ونعني بالسهم الإشارة الخارجية له. وطالما أنّ البيئة المُعجمية العمومية ليس لها إشارة خارجية، فذاك السهم يُشير إلى ‎null‎.

عندما يتم تنفيذ الكود, تتغير البيئة المُعجمية.

هاهو مثال أطول بقليل:

نرى في المستطيلات على اليمين كيف تتغيّر البيئة المُعجمية العمومية أثناء تنفيذ الكود:

1. عندما يبدأ السكريبت بالعمل, تكون البيئة المُعجمية مجهزة بكل المُتغيرات المٌعرفة داخلها.
   • في البداية يكونوا فى حالة تسمي غير مُعرف. هذه الحالة تعني أن المحرك يعرف عن المُتغيرات لكن لا يستطيع الإشارة إليهم حتي يتم تعريفهم عن طريق let.
2. بعدها يظهر التصريح ‎let phrase‎، لكن لم تُسند للمتغيّر أيّ قيمة، لذا تخزّن البيئة ‎undefined‎.
3. تُسند للمتغير ‎phrase‎ قيمة.
4. وهنا تتغيّر قيمة ‎phrase‎.

بسيط حتّى الآن، أم لا؟

1. When the script starts, the Lexical Environment is pre-populated with all declared variables.
   • Initially, they are in the “Uninitialized” state. That’s a special internal state, it means that the engine knows about the variable, but it cannot be referenced until it has been declared with let. It’s almost the same as if the variable didn’t exist.
2. Then let phrase definition appears. There’s no assignment yet, so its value is undefined. We can use the variable from this point forward.
3. phrase is assigned a value.
4. phrase changes the value.

• المتغير هو فعليًا خاصية لإحدى الكائنات الداخلية الخاصة، وهذا الكائن مرتبط بالكتلة أو الدالة أو السكربت الذي يجري تنفيذه حاليًا.
• حين نعمل مع المتغيرات نكون في الواقع نعمل مع خصائص ذلك الكائن.

الخطوة الثانية: التصريح بالدوال

الدالة أيضاً تعتبر قيمة, مثل المُتغير.

لكن الإختلاف أن التصريح بالدالة

لكن الدوال على عكس متغيرات ‎let‎، فليست تُهيّأ تمامًا حين تصلها عملية التنفيذ، لا، بل قبل ذلك حين تُنشأ البيئة المُعجمية.

وحين نتكلم عن أعلى الدوال مستوًى، فنعني ذلك لحظة بدء السكربت.

ولهذا السبب يمكننا استدعاء الدوال التي صرّحناها حتّى قبل أن نرى ذاك التعريف.

نرى في الكود أدناه كيف أنّ البيئة المُعجمية تحتوي شيئًا منذ بداية التنفيذ (وليست فارغة)، وما تحتويه هي ‎say‎ إذ أنّها تصريح عن دالة. وبعدها تسجّل ‎phrase‎ المُصرّح باستعمال ‎let‎:

هذا التصرف موجود فقط تصاريح الدالة Function Declarations وليس تعابير الدالة Function Expressions لأن تعابير الدالة تعامل معاملة المُتغير لأنها تخزن في متغير. مثل let say = function(name)....

الخطوة الثالثة: البيئات المُعجمية الداخلية والخارجية

عندما تبدأ الدالة بالعمل, في بداية لحظة مناداتها تُنشأ بيئة مُعجمية تلقائيًا ما إن تعمل الدالة وتخزّن المتغيرات المحلية ومُعاملات ذلك الاستدعاء

فمثلًا هكذا تبدو بيئة استدعاء ‎say("John")‎ (وصل التنفيذ السطر الذي عليه سهم):

إذًا… حين نكون داخل استدعاءً لأحد الدوال نرى لدينا بيئتين مُعجميتين: الداخلية (الخاصة باستدعاء الدالة) والخارجية (العمومية):

• ترتبط البيئة المُعجمية الداخلية مع عملية التنفيذ الحالية للدالة ‎say‎. تملك خاصية واحدة فقط: ‎name‎ (وسيط الدالة). ونحن استدعينا ‎say("John")‎ بهذا تكون قيمة ‎name‎ هي ‎"John"‎.
• البيئة المُعجمية الخارجية وهي هنا البيئة المُعجمية العمومية. تملك متغير ‎phrase‎ والدالة ذاتها.

للبيئة المُعجمية الداخلية إشارة إلى تلك «الخارجية».

حين يريد الكود الوصول إلى متغير من المتغيرات، يجري البحث أولًا في البيئة المُعجمية الداخلية، وبعدها الخارجية، والخارجية أكثر وأكثر وكثر حتى نصل العمومية.

لو لم يوجد المتغير في عملية البحث تلك فسترى خطأً (لو استعملت النمط الصارم Strict Mode). لو لم تستعمل ‎use strict‎ فسيُنشئ الإسناد إلى متغير غير موجود (مثل ‎user = "John"‎) متغيرًا عموميًا جديدًا باسم ‎user‎. سبب ذلك هو التوافق مع الإصدارات السابقة.

لنرى عملية البحث تلك في مثالنا:

• حين تحاول ‎alert‎ في دالة ‎say‎ الوصول إلى المتغير ‎name‎ تجده مباشرةً في البيئة المُعجمية للدالة.
• وحين تحاول الوصول إلى متغير ‎phrase‎ ولا تجده محليًا، تتبع الإشارة في البيئة المحلية وتصل البيئة المُعجمية خارجها، وتجد المتغير فيها.

الخطوة الرابعة: إعادة/إرجاع دالة

إليك ما يجري في مثال ‎makeCounter‎ خطوةً بخطوة

function makeCounter() {
  let count = 0;

  return function () {
    return count++;
  };
}

let counter = makeCounter();

تُنشأ بيئة مُعجمية لحظة استدعاء ‎makeCounter()‎ لتحمل متغيراتها ومُعاملاتها.

إذاً نحن نمتلك بيئتين مُعجميتين, كما هو في المثال الأعلى:

ماهذا الإختلاف!, أثناء تشغيل makeCounter() هناك دالة صغيرة تم صنعها بداخلها تحتوي فقط علي سطر واحد return count++ ولم نقم بمناداتها فقط صنعناها.

جميع الدوال تتذكر البيئة المثعجمية حيث المكان الذي صُنعوا فيه. تقنياً, لا يوجد سحر هنا: كل دالة لها خاصية مخفية تسمي [[Environment]], التي تحتفظ بالبيئة المُعجمية حيث تم صنعها:

إذا counter.[[Environment]] يشير إلي البيئة المعجمية {count: 0}. هكذا تتذكر الدالة أين تم صُنعها. [[Environment]] يتم وضع قسمته مرة واحدة فقط ولا يتم تغيرها. وهذه المرة عندما يتم صنع الدالة

فيما بعد عندما تتم مناداة counter(), تظهر بيئة مُعجمية جديدة والبيئة المعجمية الخارجية لها تؤخذ من هنا counter.[[Environment]]:

الأن عندما يبدأ الكود في البحث عن المتغير count داخل الدالة counter(), يبحث أولاً في البيئة المعجمية الخاصة به وإذا كانت فارفة يبحث في البيئة المعجمية الخارجية, ثم الخارج ثم الخارج حتي يجده.

Now when the code inside counter() looks for count variable, it first searches its own Lexical Environment (empty, as there are no local variables there), then the Lexical Environment of the outer makeCounter() call, where it finds and changes it.

** المتغير تم تعديله في البيئة المعجمية حيث يعيش.**

ها هي الحالة بعد التنفيذ:

إذا نادينا counter() مراتٍ عديدة, المتغير count سيزيد إلي 2, 3 وهكذا في نفس المكان

كنس المهملات

عادةً ما تُمسح وتُحذف البيئة المُعجمية بعدما تعمل الدالة

However, if there’s a nested function that is still reachable after the end of a function, then it has [[Environment]] property that references the lexical environment.

In that case the Lexical Environment is still reachable even after the completion of the function, so it stays alive.

مثال:

function f() {
  let value = 123;

  return function () {
    alert(value);
  };
}

let g = f(); // g.[[Environment]] stores a reference to the Lexical Environment
// of the corresponding f() call

Please note that if f() is called many times, and resulting functions are saved, then all corresponding Lexical Environment objects will also be retained in memory. In the code below, all 3 of them:

function f() {
  let value = Math.random();

  return function () {
    alert(value);
  };
}

// في المصفوفة ثلاث دوال تُشير كلّ منها إلى البيئة المُعجمية
// ‫في عملية التنفيذ f()‎ المقابلة لكلّ واحدة

let arr = [f(), f(), f()];

يموت كائن البيئة المُعجمية حين لا يمكن أن يصل إليه شيء (كما الحال مع أيّ كائن آخر). بعبارة أخرى فهو موجود طالما ثمّة دالة متداخلة واحدة (على الأقل) في الكود تُشير إليه.

في الكود أسفله، بعدما تصير ‎g‎ محالة الوصول تُمسح بيئتها المُعجمية فيها (ومعها متغير ‎value‎) من الذاكرة:

function f() {
  let value = 123;

  return function () {
    alert(value);
  };
}

let g = f(); // ‫طالما يمكن أن تصل func بإشارة إلى g، ستظلّ تشغل حيّزًا في الذاكرة

g = null; // ...والآن لم تعد كذلك ونكون قد نظّفنا الذاكرة

التحسينات على أرض الواقع

كما رأينا، فنظريًا طالما الدالة «حيّة تُرزق» تبقى معها كل متغيراتها الخارجية.

An important side effect in V8 (Chrome, Edge, Opera) is that such variable will become unavailable in debugging.

ثمّة -في محرّك V8 (كروم وأوبرا)- تأثير مهمّ ألا وهو أنّ هذا المتغير لن يكون مُتاحًا أثناء التنقيح.

جرّب تشغيل المثال الآتي في «أدوات المطوّرين» داخل متصفّح كروم.

ما إن يُلبث تنفيذ الشيفرة، اكتب ‎alert(value)‎ في الطرفية.

function f() {
  let value = Math.random();

  function g() {
    debugger; // in console: type alert(value); No such variable!
  }

  return g;
}

let g = f();
g();

كما رأينا، ما من متغير كهذا! يُفترض نظريًا أن نصل إليه ولكنّ المحرّك حسّن أداء الشيفرة وحذفه.

يؤدّي ذلك أحيانًا إلى مشاكل مضحكة (هذا إن لم تجلس عليها اليوم بطوله لحلّها) أثناء التنقيح. إحدى هذه المشاكل هي أن نرى المتغير الخارجي بدل الذي توقّعنا أن نراه (يحمل كلاهما نفس الاسم):

let value = 'Surprise!';

function f() {
  let value = 'the closest value';

  function g() {
    debugger; // in console: type alert(value); Surprise!
  }

  return g;
}

let g = f();
g();

This feature of V8 is good to know. If you are debugging with Chrome/Edge/Opera, sooner or later you will meet it.

That is not a bug in the debugger, but rather a special feature of V8. Perhaps it will be changed sometime. You can always check for it by running the examples on this page.