`Lexical Environment`(レキシカル環境)と`closure`(クロージャ)の関係を理解する

課題感

• closureの理解があやふや
• closureは、外側の変数の情報を持った関数と言われるが、下記のコードのsayFruit2の中でsayFruit1を呼び出した時、🍌でなく🍎が出力されことを感覚では理解していたが、どのような仕様のもとに動作しているのかを知らない

    let food = '🍎'
    const sayFruit1 = () => console.log(food)

    const sayFruit2 = () => {
        let food = '🍌'
        sayFruit1() // disp 🍎. not 🍌
    }
    sayFruit2()

解説

• Lexical Environmentという概念の理解が必要
• JavaScriptのグローバルスコープ、ブロックスコープ、関数にはLexical Environmentと呼ばれるオブジェクトを保持している

変数

• 変数はLexical Environmentのプロパティとして管理される

    let apple = '🍎'

このコードのLexical Environmentは以下のようになる

コードブロック

• コードブロックに処理が移ると新しいLexical Environmentが作成される
• outerEnvというプロパティに外部(コードブロック前)のLexical Environmentを指し示す
• グローバルスコープLexical EnvironmentのouterEnvはnullになる
• outerEnvは値の保持ではなく、アドレスを保持（スナップショットではない）

let apple = '🍎'
{
    let banan = '🍌'
}

このコードのLexical Environmentは以下のようになる

関数

• 関数オブジェクトがLexical Environmentのプロパティに定義される
• 関数が呼び出されると関数に対応した新しいLexical Environmentが生成される
• outerEnvには、関数呼び出し元の参照がセットされる

let apple = '🍎'
const sayFruit = (fruit) => {
    console.log(fruit)
    console.log(apple)
}
sayFruit('🍌');

このコードのLexical Environmentは以下のようになる

• 変数にアクセスした場合、最初に自身のLexical Environmentを探し、見つからなければouterEnvを辿っていく
• outerEnvがnullになるまで辿り、見つからなければReferenceErrorが発生する
• sayFruit関数内でappleにアクセスする時、自身のLexical Environmentにはappleがないので、outerEnvを辿り、グローバルのLexical Environmentでappleが見つかる

関数を返す関数

• 関数オブジェクトは[[environment]]プロパティを持っている
• [[environment]]プロパティは、その関数オブジェクトが作られた場所のLexical Environmentを指し示す。※重要

const sayFruitFactory = () => {
    let sayCount = 0
    return (fruit) => {
        sayCount++
        console.log(fruit + sayCount)
    }
} 
const sayFruit = sayFruitFactory()
sayFruit('🍇')

このコードのLexical Environmentは以下のようになる

• sayFruit関数はsayFruitFactory関数の中で作られた関数なので、[[environment]]プロパティにはsayFruitFactory関数のLexical Environmentがセットされている
• sayFruit関数が呼び出されると、その外部Lexical Environmentの参照は[[environment]]から取得される

冒頭のコードの解説

• これまでの説明を踏まえて、冒頭のコードの動作を解説する
• sayFruit1関数の[[environment]]プロパティにはグローバルのLexical Environmentがセットされている
• そのため、sayFruit1関数内でfoodにアクセスすると、sayFruit1関数のLexical Environmentにはfoodがないので、outerEnv -> [[environment]]と辿り、グローバルのLexical Environmentでfoodを見つけることになる
• sayFruit1関数の直前に定義したfoodの🍌にはアクセスしない

    let food = '🍎'
    const sayFruit1 = () => console.log(food)

    const sayFruit2 = () => {
        let food = '🍌'
        sayFruit1() // disp 🍎. not 🍌
    }
    sayFruit2()

Lexical Environmentは以下のようになる

まとめ

• 変数はLexical Environmentのプロパティとして管理される
• 関数呼び出しの度にLexical Environmentが作られる
• outerEnvには、関数呼び出し元の参照がセットされる
• 自身のLexical Environmentに変数がなければ、outerEnvを辿っていく
• 関数オブジェクトは[[environment]]プロパティを持っている
• [[environment]]プロパティは、その関数オブジェクトが作られた場所のLexical Environmentを指し示す
• これはEcmaScriptの仕様書に書いてあることでブラウザベンダーがどのように実装しているかは別の話とのこと

参考

• javascript.info 変数スコープ、クロージャ
• 超JavaScript 完全パック 2023 セクション7