JavaScript) 프로토타입

iamokian·2022년 4월 20일
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프로토타입

자바스크립트는 명령형, 함수형, 프로토타입 기반 객체지향 프로그래밍을 지원하는 멀티 패러다임 프로그래밍 언어다.
자바스크립트는 클래스 기반 객체지향 프로그래밍 언어보다 효율적이며 더 강력한 객체지향 프로그래밍 능력을 지니고 있는 프로토타입 기반의 객체지향 프로그래밍 언어다.

자바스크립트는 객체 기반의 프로그래밍 언어이며 자바스크립트를 이루고 있는 거의 "모든 것"이 객체다. 원시타입의 값을 제외한 나머지 값들(함수, 배열, 정규표현식 등)은 모두 객체다.


1. 객체지향 프로그래밍

객체지향 프로그래밍은 실세계의 실체를 인식하는 철학적 사고를 프로그래밍에 접목하려는 시도에서 시작한다. 실체는 특징이다 성질을 나타내는 속성을 가지고 있고, 이를 통해 실체를 인식하거나 구별할 수 있다.

// 이름과 주소 속성을 갖는 객체
const person = {
	name: 'Lee',
  	address: 'Seoul'
};

console.log(person); // {name: "Lee", address: "Seoul"}

프로그래머는 이름과 주소 속성으로 표현된 객체인 person을 다른 객체와 구별하여 인식할 수 있다. 속성을 통해 여러 개의 값을 하나의 단위로 구성한 복합적인 자료구조를 객체라 한다.

const circle = {
	radius: 5, // 반지름
  	// 원의 지름: 2r
  	getDiameter() {
    	return 2 * this.radius;
    }
}

객체지향 프로그래밍은 객체의 상태를 나타내는 데이터와 상태 데이터를 조작할 수 있는 동작을 하나의 논리적인 단위로 묶어 생각한다. 따라서 객체는 상태 데이터와 동작을 하나의 논리적인 단위로 묶은 복합적인 자료구조라고 할 수 있다. 이때 객체의 상태 데이터를 프로퍼티, 동작을 메서드라 부른다.


2. 상속과 프로토타입

상속은 객체지향 프로그래밍의 핵심 개념으로, 어떤 객체의 프로퍼티 또는 메서드를 다른 객체가 상속받아 그대로 사용할 수 있는 것을 말한다.

자바스크립트는 프로토타입을 기반으로 상속을 구현하여 불필요한 중복을 제거한다. 중복을 제거하는 방법은 기존의 코드를 재사용하는것이고 재사용은 개발 비용을 줄일 수 있는 잠재력이 있으므로 매우 중요하다.

// 생성자 함수
function Circle(radius) {
	this.radius = radius;
}

// Circle 생성자 함수가 생성한 모든 인스턴스가 getArea 메서드를 공유해서 사용할 수 있도록 프로토타입에 추가
// 프로토타입은 Circle 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩되어 있다.
Circle.prototype.getArea = function () {
	return Math.PI * this.redius ** 2;
};

// 인스턴스 생성
const circle1 = new Circle(1);
const circle2 = new Circle(2);

// Circle 생성자 함수가 생성한 모든 인스턴스는 부모 객체의 역할을 하는
// 프로토타입 Circle.prototype으로부터 getArea 메서드를 상속받는다.
console.log(circle1.getArea === circle2.getArea); // true

Circle생성자 함수내에서 getArea 메서드를 갖는다면, 함수는 인스턴스를 생성할 때마다 getArea 메서드를 중복 생성하고 모든 인스턴스가 중복 소유할 것이다. 이는 동일한 메서드를 중복 소유함으로써 메모리를 불필요하게 낭비한다. 그것을 위코드와 같이 상속을 통해 불필요한 중복을 제거할 수 있다. 자바스크립트는 프로토타입을 기반으로 상속을 구현한다.

상속은 코드의 재사용이란 관점에서 매우 유용하다. 생성자 함수가 생성할 모든 인스턴스가 공통적으로 사용할 프로퍼티, 메서드를 프로토타입에 미리 구현해 두면 생성될 인스턴스는 상위 객체인 프로토타입의 자산을 공유하여 사용할 수 있다.


3. 프로토타입 객체

프로토타입 객체란 객체지향 프로그래밍의 근간을 이루는 객체간 상속을 구현하기 위해 사용된다. 프로토타입은 어떤 객체의 상위 객체의 역할을 하는 객체로서 다른객체에 공유 프로퍼티를 제공한다. 프로토타입을 상속받은 하위 객체는 상위 객체의 프로퍼티를 자신의 프로퍼티처럼 자유롭게 사용할 수 있다.

예를 들어, 객체 리터럴에 의해 생성된 객체의 프로토타입은 Object.prototype이고 생성자 함수에 의해 생성된 객체의 프로토타입은 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩되어 있는 객체다.

모든 객체는 하나의 프로토타입을 갖는다. 그리고 모든 프로토타입은 생성자 함수와 연결되어 있다.

[[Prototype]] 내부 슬롯에는 직접 접근할 수 없지만, __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 자신의 프로토타입, 즉 자신의 [[Prototype]] 내부 슬롯이 가리키는 프로토타입에 간접적으로 접근할 수 있다.

3-1. __proto__ 접근자 프로퍼티

모든 객체는 __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 자신의 프로토타입 내부슬롯에 간접적으로 접근할 수 있다.

  • __proto__는 접근자 프로퍼티다.
    자바스크립트는 원칙적으로 내부 슬롯과 내부 메서드에 직접적으로 접근하거나 호출할 수 있는 방법을 제공하지 않는다. 단, 일부 내부 슬롯과 내부 메서드에 한하여 간접적으로 접근할 수 있는 수단을 제공하기는 한다. __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 간접적으로 [[Prototype]] 내부 슬롯의 값, 즉 프로토타입에 접근할 수 있다.

  • __proto__ 접근자 프로퍼티는 상속을 통해 사용된다.
    __proto__ 접근자 프로퍼티는 객체가 직접 소유하는 프로퍼티가 아니라 Object.prototype의 프로퍼티다. 모든 객체는 상속을 통해 Object.prototype.__proto__ 접근자 프로퍼티를 사용할 수 있다.

    const person = { name: 'Lee' };
    
    // person 객체는 __proto__ 프로퍼티를 소유하지 않는다.
    console.log(person.hasOwnProperty('__proto__')); // false
    
    // __proto__ 프로퍼티는 모든 객체의 프로토타입 객체인 Object.prototype의 접근자 프로퍼티다.
    console.log(Object.getOwnPropertyDescriptor(Object.prototype, '__proto__'));
    // {get: f, set: f, enumerable: false, configurable: true}
    
    // 모든 객체는 Object.prototype의 접근자 프로퍼티 __proto__를 상속받아 사용할 수 있다.
    console.log({}.__proto__ === Object.prototype); //true
  • __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 프로토타입에 접근하는 이유
    [[Prototype]] 내부슬롯의 값, 즉 프로토타입에 접근하기 위해 접근자 프로퍼티를 사용하는 이유는 상호 참조에 의해 프로토타입 체인이 생성되는 것을 방지하기 위해서다.

    const parent = {};
    const child = {};
    
    // child의 프로토타입을 parent로 설정
    child.__proto__ = parent;
    // parent의 프로토타입을 child로 설정
    parent.__proto__ = child; // TypeError: Cyclic __proto__ value

    위 예제 에서 서로를 프로토타입으로 설정했으나 parent의 프로토를 설정하는 과정에서 에러가 났다. 이러한 코드가 정상적으로 처리되면 서로가 사진의 프로토타입이 되는 비정상적인 프로토타입 체인이 만들어지기 때문에 __proto__ 접근자 프로퍼티는 에러를 발생시킨다.
    프로토타입 체인은 단방향 링크드 리스트로 구현되어야 한다. 서로가 가진의 프로토타입이 되는 비정상적인 체인이 만들어지면 프로토타입 체인에서 프로퍼티를 검색할 때 무한 루프에 빠진다. 따라서 아무런 체크 없이 무조건적으로 프로토타입을 교체할 수 없도록 __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 프로토타입에 접근하고 교체하도록 구현되어 있다.

  • __proto__ 접근자 프로퍼티를 코드 내에서 직접 사용하는 것은 권장하지 않는다.
    모든 객체가 __proto__ 접근자 프로퍼티를 사용할 수 있는 것은 아니다. 직접 상속을 통해 다음과 같이 Object.prototype을 상속받지 않는 객체를 생성할 수도 있기 때문에 __proto__ 접근자 프로퍼티를 사용할 수 없는 경우가 있다.

    // obj는 프로토타입 체인의 종점이다. 따라서 Object.__proto__를 상속받을 수 없다.
    const obj = Object.create(null);
    
    // obj는 Object.__proto__를 상속받을 수 없다.
    console.log(obj.__proto__); // undefined
    
    // 따라서 __proto__보다 Object.getPrototypeOf 메서드를 사용하는 편이 좋다.
    console.log(Object.getPrototypeOf(obj)); // null

    따라서 __proto__ 접근자 프로퍼티 대신 프로토 타입의 참조를 취득하고 싶은 경우에는 Object.getPrototypeOf메서드를 사용하고 프로토타입을 교체하고 싶은 경우에는 Object.setPrototypeOf 메서드를 사용할것을 권장한다. 이는 ES6에서 도입된 메서드미여 IE11 이상에서 지원한다.

3-2. 함수 객체의 prototype 프로퍼티

함수 객체만이 소유하는 prototype 프로퍼티는 생성자 함수가 생성할 인스턴스의 프로토타입을 가리킨다.

prototype 프로퍼티는 생성자 함수가 생성할 객체의 프로토타입을 가리킨다. 따라서 생성자 함수로서 호출할 수 없는 함수, non-constructor인 화살표 함수와 ES6 메서드 축약 표현으로 정의한 메서드는 prototype 프로퍼티를 소유하지 않으며 프로토타입도 생성하지 않는다.

모든 객체가 가지고 있는(Object.prototype으로부터 상속받은) __proto__접근자 프로퍼티와 함수 객체만이 가지고 있는 prototype 프로퍼티는 결국 동일한 프로토 타입을 가리킨다. 하지만 이들 프로퍼티를 사용하는 주체가 다르다.

3-3. 프로토타입의 constructor 프로퍼티와 생성자 함수

모든 프로토타입은 constructor 프로퍼티를 갖는다. 이 constructor 프로퍼티는 prototype 프로퍼티로 자신을 참조하고 있는 생성자 함수를 가리킨다. 이 연결은 생성자 함수가 생성될 때, 즉 함수 객체가 생성될 때 이뤄진다.

// 생성자 함수
function Person(name) {
	this.name = name;
}

const me = new Person('Lee');

// me 객체의 생성자 함수는 Person이다.
console.log(me.constructor === Person); // true

4. 프로토타입 생성 시점

프로토타입은 생성자 함수가 생성되는 시점에 더불어 생성된다.

4-1. 사용자 정의 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

일반 함수(함수 선언문, 함수 표현식)로 정의한 함수 객체는 new 연산자와 함께 생성자 함수로서 호출할 수 있다.
생성자 함수로서 호출할 수 있는 함수, 즉 constructor는 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점에 프로토타입도 더불어 생성된다. (생성자 함수로서 호출할 수 없는 non-constructor는 프로토타입이 생성되지 않는다.)

// 함수 정의(constructor)가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점에 프로토타입도 더불어 생성된다.
console.log(Person.prototype); // {constructor: f}

// 생성자 함수
function Person(name) {
	this.name = name;
}

함수 선언문은 런타임 이전에 자바스크립트 엔진에 의해 먼저 실행되므로 함수 선언문으로 정의된 Person 생성자 함수는 어떤 코드보다 먼저 평가되어 함수 객체가 된다. 이때 프로토타입도 더불어 생성된다.

생성된 프로토타입은 오직 constructor 프로퍼티만을 갖는 객체이고, Object.prototype이다.

4-2. 빌트인 생성자 함수와 프로토타입 생성시점

Object, String, Number, Function, Array, RegExp, Date, Promise 등과 같은 빌트인 생성자 함수도 일반 함수와 마찬가지로 빌트인 생성자 함수가 생성되는 시점에 프로토타입이 생성된다.


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