ECMAScript 规范深度解析：for 循环的词法环境与迭代机制

本文深入探讨了 ecmascript 规范中 `for` 循环的内部工作机制，特别是其如何通过词法环境（lexicalenvironment）实现 `let` 和 `const` 变量的块级作用域。我们将解析 `forloopevaluation`、`forbodyevaluation` 和 `createperiterationenvironment` 等抽象操作，揭示 `for` 循环在每次迭代中如何创建新的词法环境，以及 `lastiterationenv` 在跨迭代变量值传递中的关键作用，从而帮助开发者更全面地理解 javascript 引擎如何管理循环变量的生命周期和作用域。

引言

JavaScript 中的 for 循环是日常开发中不可或缺的控制流语句。然而，当涉及到 let 或 const 声明的变量时，其行为与 var 声明的变量存在显著差异，尤其是在异步操作中。这种差异的根源在于 ECMAScript 规范中对 for 循环词法作用域的精妙设计。本文将深入剖析规范中的相关抽象操作，揭示 for 循环在引擎层面如何管理其内部变量的生命周期和作用域，帮助读者理解 let 和 const 如何在每次迭代中拥有独立的绑定。

ECMAScript 规范中的 for 循环概览

在 ECMAScript 规范中，for 循环的语法结构定义为 ForStatement : for ( LexicalDeclaration Expression_opt; Expression_opt ) Statement。理解其内部机制，需要关注几个核心概念：

• 执行上下文（Execution Context）: JavaScript 代码执行的环境。每个执行上下文都有一个词法环境（LexicalEnvironment）。
• 词法环境（LexicalEnvironment）: 存储变量和函数声明的实际位置。它是一个环境记录（Environment Record）和对外部词法环境（OuterEnv）的引用组成的对。当进入一个作用域时，会创建一个新的词法环境并将其设置为当前执行上下文的 LexicalEnvironment。

for 循环的执行过程被分解为多个抽象操作，其中最关键的是 ForLoopEvaluation、ForBodyEvaluation 和 CreatePerIterationEnvironment。

ForLoopEvaluation：循环的初始化阶段

ForLoopEvaluation 抽象操作负责 for 循环的初始化。当遇到一个 for 语句时，引擎会执行以下关键步骤：

1. 创建循环环境（loopEnv）: 在当前执行上下文的词法环境 (oldEnv) 的基础上，创建一个新的声明式词法环境 loopEnv。这个 loopEnv 将成为 for 循环头部的 LexicalDeclaration（例如 let i = 0）的作用域。
2. 绑定循环变量: 根据 LexicalDeclaration 中的变量（例如 i），在 loopEnv 中创建相应的绑定。如果是 const 变量，创建不可变绑定；如果是 let 变量，创建可变绑定。
3. 更新执行上下文: 将当前执行上下文的 LexicalEnvironment 设置为 loopEnv，确保后续对循环变量的求值在这个新环境中进行。
4. 求值 LexicalDeclaration: 执行 LexicalDeclaration（例如 let i = 0），初始化循环变量。
5. 确定迭代变量（perIterationLets）: 如果 LexicalDeclaration 使用 let 声明，则 perIterationLets 列表将包含这些变量名。const 声明的变量不会出现在此列表中，因为它们在每次迭代中不会被重新绑定。
6. 调用 ForBodyEvaluation: 初始化完成后，将控制权交给 ForBodyEvaluation，负责循环体的实际执行。

值得注意的是，ForLoopEvaluation 完成后，会恢复执行上下文的 LexicalEnvironment 到 oldEnv，但循环体的执行是在 ForBodyEvaluation 中进行的。

ForBodyEvaluation：循环体的迭代与控制

ForBodyEvaluation 抽象操作负责 for 循环体的实际迭代逻辑，包括条件判断、循环体执行和增量表达式求值。它是一个重复执行的过程：

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1. 创建迭代环境: 在每次迭代开始时，都会调用 CreatePerIterationEnvironment(perIterationBindings)。这是 let 和 const 实现块级作用域的关键。
2. 条件判断: 如果存在 test 表达式（例如 i < 3），则对其进行求值。如果结果为 false，循环终止。
3. 执行循环体: 求值 stmt（循环体语句）。
4. 处理中断: 检查循环体执行结果是否为中断完成（例如 break 或 continue）。
5. 更新迭代环境: 再次调用 CreatePerIterationEnvironment。这一步在 increment 表达式求值之前执行，确保 increment 表达式在新的迭代环境中操作。
6. 求值增量表达式: 如果存在 increment 表达式（例如 i++），则对其进行求值。

CreatePerIterationEnvironment：实现块级作用域的核心

CreatePerIterationEnvironment 抽象操作是 for 循环中 let 和 const 变量实现每次迭代独立绑定的核心机制。它在 ForBodyEvaluation 的每次迭代开始时被调用。

1. 获取上一次迭代环境（lastIterationEnv）:
   • 在第一次迭代中，lastIterationEnv 是由 ForLoopEvaluation 创建的 loopEnv，其中包含了循环变量的初始绑定。
   • 在后续迭代中，lastIterationEnv 则是上一次迭代所创建的 thisIterationEnv（即上一个 PerIterationEnvironment）。
2. 创建本次迭代环境（thisIterationEnv）:
   • 以 lastIterationEnv 的外部环境 (lastIterationEnv.[[OuterEnv]]) 作为父环境，创建一个新的声明式词法环境 thisIterationEnv。
   • 这个新的环境将成为本次循环迭代的局部作用域。
3. 复制变量绑定:
   • 对于 perIterationBindings 列表中的每个变量（即 let 声明的变量），在 thisIterationEnv 中创建可变绑定。
   • 然后，从 lastIterationEnv 中获取该变量的当前值，并用这个值来初始化 thisIterationEnv 中新创建的绑定。

这个过程确保了：

• 每次迭代都有一个全新的词法环境。
• let 声明的变量在每次迭代中都会被“复制”一份，从而在语义上拥有独立的绑定。

示例代码与行为分析

为了更好地理解 let 和 var 在 for 循环中的差异，考虑以下代码示例：

console.log("使用 var 声明的循环变量：");
for (var i = 0; i < 3; i++) {
    setTimeout(() => {
        console.log("var:", i);
    }, 0);
}
// 预期输出：
// var: 3
// var: 3
// var: 3

console.log("\n使用 let 声明的循环变量：");
for (let j = 0; j < 3; j++) {
    setTimeout(() => {
        console.log("let:", j);
    }, 0);
}
// 预期输出：
// let: 0
// let: 1
// let: 2

分析：

• var 示例: var i 声明的变量 i 是函数作用域或全局作用域的。整个 for 循环共享同一个 i。当 setTimeout 的回调函数执行时，循环早已结束，i 的最终值为 3。因此，所有回调都打印 3。
• let 示例: let j 声明的变量 j 在每次循环迭代时都会创建一个新的绑定。这正是 CreatePerIterationEnvironment 的作用。在每次迭代中，j 的当前值被复制到新创建的迭代环境中。因此，每个 setTimeout 回调都“捕获”了其所在迭代的 j 值，从而按预期打印 0, 1, 2。

注意事项与总结

1. 与函数调用无关: for 循环创建新的词法环境与函数调用无关。即使没有函数调用，for 循环（特别是使用 let/const 时）也会在每次迭代中创建和管理独立的词法环境。LexicalEnvironment 是执行上下文的一个属性，它的切换是 JavaScript 引擎管理作用域的通用机制，不限于函数调用。

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