한걸음 클ㄹ~~로~저

가은·2022년 9월 19일
JavaScript
0

숨참고 딥 다이브

목록 보기
24/31

24장 클로저

책에서 클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이라고 나와있지만 최근에 MDN 정의가 바뀌었다.

클로저는 둘러싸여진 상태의 참조와 함께 다발로 묶여진 함수의 조합이다.

클로서를 사용하면 내부 함수로부터 외부 함수에의 접근권한을 준다.
자바스크립트에서는 함수 생성 시점에 언제나 클로저가 생성된다.

렉시컬 스코프

✔️ 자바스크립트 엔진은 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디서 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다. 이를 렉시컬 스코프(정적 스코프)라 한다.

const x = 1;

function foo() {
  const x = 10;
  bar();
}

function bar() {
  console.log(x);
}

foo(); // ?
bar(); // ?

foo 함수와 bar 함수의 상위 스코프는 전역이다. 함수를 어디서 호출하는지는 함수의 상위 스코프 결정에 영향을 주지 못한다.
→ 즉, 함수의 상위 스코프는 함수를 정의한 위치에 의해 정적으로 결정되고 변하지 않는다.

스코프는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다. 이 렉시컬 환경은 자신의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결된다.
→ 스코프 체인을 의미한다.

상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경(위치)에 의해 결정된다.

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프(함수 정의가 위치하는 스코프)를 기억해야 한다.

이를 위해 함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 상위 스코프의 참조를 저장한다.

자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 상위 스코프의 참조는 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다.
→ 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점은 함수가 정의된 환경, 즉 상위 함수가 평가 또는 실행되고 있는 시점이며, 이때 현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 상위 함수의 실행 컨텍스트이기 때문이다.

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 바로 상위 스코프다. 또한 자신이 호출되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"에 저장될 참조값이다. 함수 객체는 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한 렉시컬 환경의 참조, 즉 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억한다.

클로저와 렉시컬 환경

const x = 1;

// ①
function outer() {
  const x = 10;
  const inner = function () { console.log(x); }; // ②
  return inner;
}

// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 반환한다.
// 그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.
const innerFunc = outer(); // ③
innerFunc(); // ④ 10

outer 함수의 실행이 종료되면 outer 함수의 실행 컨텍스트는 스택에서 제거된다. 그렇다면 outer 함수의 지역 변수 x 또한 생명 주기를 마감할 것 같지만 결과는 다르다.

외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다.

이러한 중첩 함수를 클로저라고 부른다.

위와 같은 결과가 나타나는 것은 outer 함수의 실행 컨텍스트는 스택에서 제거되지만 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸한 것은 아니기 때문이다.

outer 함수의 렉시컬 환경은 inner 함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있고 inner 전역 변수 innerFunc에 의해 참조되고 있으므로 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않는다.
❓ 가비지 컬렉터는 누군가가 참조하고 있는 메모리 공간을 함부로 해제하지 않는다.

외부 함수보다 더 오래 생존한 중첩 함수는 외부 함수의 생존 여부(실행 컨텍스트의 생존 여부)와 상관없이 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 기억한다.
→ 중첩 함수 inner의 내부에서는 상위 스코프를 참조할 수 있으므로 상위 스코프의 식별자를 참조할 수 있고 식별자의 값을 변경할 수도 있다.

⚠️ 자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저다. 하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않는다.
→ 클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다.

대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프의 식별자 중에서 클로저가 참조하고 있는 식별자만 기억한다.
→ 메모리 누수에 대한 걱정은 필요없다.

클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수를 자유 변수라고 부른다.

클로저의 활용

클로저는 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.

다시 말해, 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 상태를 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용한다.

// 카운트 상태 변수
let num = 0;

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = function () {
  // 카운트 상태를 1만큼 증가 시킨다.
  return ++num;
};

console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2
console.log(increase()); // 3

위 코드는 오류를 발생시킬 가능성이 있다. 위 예제가 바르게 동작하려면 다음의 전제 조건이 필요하다.

  1. 카운트 상태(num 변수의 값)는 increase 함수가 호출되기 전까지 변경되지 않고 유지되어야 한다.
  2. 이를 위해 카운트 상태는 increase 함수만이 변경할 수 있어야 한다.

위 문제는 num이 전역 변수가 아닌 지역 변수로 만들면 되지만, 함수가 호출될 때마다 지역 변수 num은 다시 선언되어 0으로 초기화된다.

이전 상태를 유지할 수 있도록 클로저를 사용한다.

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = (function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0;

  // 클로저
  return function () {
    // 카운트 상태를 1만큼 증가 시킨다.
    return ++num;
  };
}());

console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2
console.log(increase()); // 3
const Counter = (function () {
  // ① 카운트 상태 변수
  let num = 0;

  function Counter() {
    // this.num = 0; // ② 프로퍼티는 public하므로 은닉되지 않는다.
  }

  Counter.prototype.increase = function () {
    return ++num;
  };

  Counter.prototype.decrease = function () {
    return num > 0 ? --num : 0;
  };

  return Counter;
}());

const counter = new Counter();

console.log(counter.increase()); // 1
console.log(counter.increase()); // 2

console.log(counter.decrease()); // 1
console.log(counter.decrease()); // 0

위 예제에서 num이 만약 생성자 함수 Counter가 생성할 인스터스의 프로퍼티라면 public 프로퍼티가 된다. 하지만 즉시 실행 함수 내에서 선언된 num 변수는 인스턴스를 통해 접근할 수 없으며, 즉시 실행 함수 외부에서도 접근할 수 없는 은닉된 변수다.

변수 값은 변경될 수 있어 오류 발생의 근본적인 원인이 될 수 있다. 외부 상태 변경이나 가변 데이터를 피하고 불변성을 지향하는 함수형 프로그래밍에서 부수 효과를 최대한 억제하여 오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이기 위해 클로저가 사용된다.

// 함수를 반환하는 고차 함수
// 이 함수는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 counter를 기억하는 클로저를 반환한다.
const counter = (function () {
  // 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수
  let counter = 0;

  // 함수를 인수로 전달받는 클로저를 반환
  return function (aux) {
    // 인수로 전달 받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
    counter = aux(counter);
    return counter;
  };
}());

// 보조 함수
function increase(n) {
  return ++n;
}

// 보조 함수
function decrease(n) {
  return --n;
}

// 보조 함수를 전달하여 호출
console.log(counter(increase)); // 1
console.log(counter(increase)); // 2

// 자유 변수를 공유한다.
console.log(counter(decrease)); // 1
console.log(counter(decrease)); // 0

캡슐화와 정보 은닉

캡슐화는 개게의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것을 말한다.

캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하기도 하는데 이를 정보 은닉이라 한다.

▪️ 대부분 객체지향 프로그래밍 언어는 public, private, protected 같은 접근 제한자를 선언하여 공개 범위를 한정할 수 있다.

▪️ private으로 선언된 경우 클래스 외부에서 참조할 수 없게 된다.

▪️ 자바스크립트는 접근 제한자를 제공하지 않아 기본적으로 public하다.
→ ES2019에서 Private class fields를 추가하였다.

  • private 필드는 class 선언문 내부의 class 생성자에서 접근이 가능하다.
  • static 메서드에서만 static 변수들을 호출할 수 있다는 제약은 그대로 유지된다.
  • Private static 필드는 해당 필드를 선언한 class 에서만 접근할 수 있다.
  • private 인스턴스 필드는 # 이름 식별자로 선언한다.
  • scope 밖에서 # 이름에 접근하는 것은 syntax error가 발생한다.
const Person = (function () {
  let _age = 0; // private

  // 생성자 함수
  function Person(name, age) {
    this.name = name; // public
    _age = age;
  }

  // 프로토타입 메서드
  Person.prototype.sayHi = function () {
    console.log(`Hi! My name is ${this.name}. I am ${_age}.`);
  };

  // 생성자 함수를 반환
  return Person;
}());

const me = new Person('Lee', 20);
me.sayHi(); // Hi! My name is Lee. I am 20.
console.log(me.name); // Lee
console.log(me._age); // undefined

const you = new Person('Kim', 30);
you.sayHi(); // Hi! My name is Kim. I am 30.
console.log(you.name); // Kim
console.log(you._age); // undefined

위 예제와 같은 패턴을 이용하면 정보 은닉이 가능한 것처럼 보인다. 하지만 위 코드에서 Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 다음과 같이 _age 변수의 상태가 유지되지 않는다.

const me = new Person('Lee', 20);
me.sayHi(); // Hi! My name is Lee. I am 20.

const you = new Person('Kim', 30);
you.sayHi(); // Hi! My name is Kim. I am 30.

// _age 변수 값이 변경된다!
me.sayHi(); // Hi! My name is Lee. I am 30.

자주 발생하는 실수

var funcs = [];

for (var i = 0; i < 3; i++) {
  funcs[i] = function () { return i; }; // ①
}

for (var j = 0; j < funcs.length; j++) {
  console.log(funcs[j]()); // ②
}

위 예제 코드는 0,1,2를 반환할 것처럼 보여도 3이 세번 출력된다.
var 키워드로 선언한 i 변수는 블록 레벨 스코프가 아닌 함수 레벨 스코프를 갖기 때문에 전역 변수이다. 전역 변수 i에는 0,1,2가 순차적으로 할당된다. 따라서 funcs 배열의 요소로 추가한 함수를 호출하면 전역 변수 i를 참조하여 i의 값 3이 출력된다.

함수 레벨 스코프 특성으로 인해 for문의 변수 선언문에서 var 키워드로 선언한 변수가 전역 변수가 되기 때문에 발생하는 현상이다.

const funcs = [];

for (let i = 0; i < 3; i++) {
  funcs[i] = function () { return i; };
}

for (let i = 0; i < funcs.length; i++) {
  console.log(funcs[i]()); // 0 1 2
}

let 키워드를 사용하면 for문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다 for문 코드 블록의 새로운 렉시컬 환경이 생성된다. 이때 함수의 상위 스코프는 반복 실행될 때마다 식별자의 값을 유지해야 한다. 이를 위해 for문이 반복될 때마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성하여 식별자의 값을 유지한다.

👉 추가 참고 MDN Closures, Private_class_fields

profile
가은
일이 재밌게 진행 되겠는걸?
이전 포스트

알다가도 모를 동작 원리 이거 하나면 끝

다음 포스트

아직 난 안써봤어 클래스

0개의 댓글