모던 자바스크립트 Deep Dive #17-1 (프로토타입)

자바스크립트는 명령형imperative, 함수형functional, 프로토타입 기반prototype-based 객체지향 프로그래밍OOP;Object Oriented Programming을 지원하는 멀티 패러다임 프로그래밍 언어다. 

 

자바스크립트는 객체 기반의 프로그래밍 언어이며 자바스크립트를 이루고 있는 거의 "모든 것"이 객체다. 원시 타입primitive type의 값을 제외한 나머지 값들(함수, 배열, 정규 표현식 등)은 모두 객체다. 

 

객체 지향 프로그래밍

객체지향 프로그래밍은 프로그램을 객체object의 집합으로 프로그램을 표현하려는 프로그래밍 패러다임을 말한다.

객체지향 프로그래밍은 실세계의 실체(사물이나 개념)을 인식하는 철학적 사고를 프로그래밍에 접목하려는 시도에서 시작한다. 실체는 특징이나 성질을 나타내는 속성attribute/property을 가지고 있고, 이를 통해 실체를 인식하거나 구별할수 있다. 

 

예를 들어, 사람은 이름, 주소, 성별, 나이 등 다양한 속성을 갖는데 이때 "이름이 아무개이고 성별은 여성이며 나이는 20세인 사람"과 같이 속성을 구체적으로 표현하면 특정한 사람을 다른 사람과 구별하여 인식할 수 있다. 

이러한 방식을 프로그래밍에 접속시켜 다양한 속성 중에서 프로그램에 필요한 속성만 간추려 내어 표현하는 것을 추상화abstraction라 한다. 

이처럼 속성을 통해 여러 개의 값을 하나의 단위로 구성한 복합적인 자료구조를 객체라 하며, 객체지향 프로그래밍은 독립적인 객체의 집합으로 프로그램을 표현하려는 프로그래밍 패러다임이다. 

 

객체지향 프로그래밍은 객체의 상태state를 나타내는 데이터와 상태 데이터를 조작할 수 있는 동작behavior을 하나의 논리적인 단위로 묶어 생각한다. 따라서 상태 데이터와 동작을 하나의 논리적인 단위로 묶은 복합적인 자료구조라고 할 수 있다. 이때 객체의 상태 데이터를 프로퍼티property, 동작을 메서드method라 부른다. 

 

객체는 고유의 기능을 갖는 독립적인 부품으로 볼 수 있지만 자신의 고유한 기능을 수행하면서 다른 객체와 관계성relationship을 가질 수 있다. (다른 객체와 메시지를 주고받거나 데이터를 처리할 수 도 있고 다른 객체의 상태 데이터나 동작을 상속받아 사용하기도 한다. )

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상속과 프로토타입

상속inheritance : 객체지향 프로그래밍의 핵심 개념으로, 어떤 객체의 프로퍼티 또는 메서드를 다른 객체가 상속받아 그대로 사용할 수 있는 것

 

자바스크립트는 프로토타입을 기반으로 상속을 구현하여 불필요한 중복을 제거한다. 중복을 제거하는 방법은 기존의 코드를 적극적으로 재사용하는 것이다. 코드 재사용은 개발 비용을 현저히 줄일 수 있는 잠재력이 있으므로 매우 중요하다. 

 

자바스크립트는 프로토타입을 기반으로 상속을 구현한다. 상속은 코드의 재사용이란 관점에서 매우 유용하다. 생성자 함수가 생성할 모든 인스턴스가 공통적으로 사용할 프로퍼티나 메서드를 프로토타입에 미리 구현해두면 생성자 함수가 생성할 모든 인스턴스는 별도의 구현 없이 상위(부모) 객체인 프로토타입의 자산을 공유하여 사용할 수 있다. 

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프로토타입 객체

프로토타입 객체(또는 줄여서 프로토타입)란 객체지향 프로그래밍의 근간을 이루는 객체 간 상속을 구현하기 위해 사용된다. 프로토타입은 어떤 객체의 상위(부모) 객체의 역할을 하는 객체로서 다른 객체에 공유 프로퍼티(메서드 포함)을 제공한다. 프로토타입을 상속받은 하위(자식) 객체는 상위 객체의 프로퍼티를 자신의 프로퍼티처럼 자유롭게 사용할 수 있다. 

 

모든 객체는 [[Prototype]] 이라는 내부 슬롯을 가지며, 이 내부 슬롯의 값은 프로토타입의 참조(null인 경우도 있다)다. [[Prototype]]에 저장되는 프로토타입은 객체 생성 방식에 의해 결정된다. 즉, 객체가 생성될 때 객체 생성 방식에 따라 프로토타입이 결정되고 [[Prototype]]에 저장된다. 

 

모든 객체는 하나의 프로토타입을 갖는다. 그리고 모든 프로토타입은 생성자 함수와 연결되어 있다. 즉, 객체와 프로토타입과 생성자 함수는 서로 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. 그리고 프로토타입은 자신의 constructor 프로퍼티를 통해 생성자 함수에 접근할 수 있고, 생성자 함수는 자신의 prototype 프로퍼티를 통해 프로토타입에 접근할 수 있다. 

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_ _ proto _ _ 접근자 프로퍼티

모든 객체는 __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 자신의 프로토타입, 즉 [[Prototype]] 내부 슬롯에 간접적으로 접근할 수 있다. 

• __proto__ 는 접근자 프로퍼티다. 
• __proto__ 접근자 프로퍼티는 상속을 통해 사용된다. 
• __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 프로토타입에 접근하는 이유 : 상호 참조에 의해 프로토타입 체인이 생성되는 것을 방지하기 위해
• __proto__접근자 프로퍼티를 코드 내에서 직접 사용하는 것은 권장하지 않는다. (모든 객체가 __proto__ 접근자 프로퍼티를 사용할 수 있는 것은 아니기 때문)

object.prototype

모든 객체는 프로토타입 계층 구조인 프로토타입 체인에 묶여있다. 자바스크립트 엔진은 객체의 프로퍼티(메서드 포함)에 접근하려고 할 때 해당 객체에 접근하려는 프로퍼티가 없다면 __proto__접근자 프로퍼티가 가리키는 참조를 따라 자신의 부모 역할을 하는 프로토타입의 프로퍼티를 순차적으로 검색한다. 프로토타입 체인의 종점, 즉 프로토타입 체인의 최상위 객체는 object.prototype이며, 이 객체의 프로퍼티와 메서드는 모든 객체에 상속된다. 

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함수 객체의 prototype 프로퍼티

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

따라서 생성자 함수로서 호출할 수 없는 함수, 즉 non-cunstructor인 화살표 함수와 ES6 메서드 축약 표현으로 정의한 메서드는 prototype 프로퍼티를 소유하지 않으며, 프로토타입도 생성하지 않는다. 

 

모든 객체가 가지고 있는(엄밀히 말하면 Object.prototype으로부터 상속받은) __proto__ 접근자 프로퍼티와 함수 객체만이 가지도 있는 prototype 프로퍼티는 결국 동일한 프로토타입을 가리킨다. 

구분	소유	값	사용주체	사용 목적
__proto__접근자 프로퍼티	모든 객체	프로토타입의 참조	모든 객체	객체가 자신을 프로토타입에 접근 또는 교체하기 위해 사용
prototype 프로퍼티	constructor	프로토타입의 참조	생성자 함수	생성자 함수가 자신이 생성할 객체(인스턴스)의 프로토타입을 할당하기 위해 사용

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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. 

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리터럴 표기법에 의해 생성된 객체의 생성자 함수와 프로토타입

리터럴 표기법에 의한 객체 생성 방식과 같이 명시적으로 new 연산자와 함께 생성자 함수를 호출하여 인스턴스를 생성하지 않는 객체 생성 방식도 있다. 

 

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체도 물론 프로토타입이 존재한다. 하지만 리터럴 표기법에 의해 생성된 객체의 경우 프로토타입의 consturctor 프로퍼티가 가리키는 생성자 함수가 반드시 객체를 생성한 생성자 함수라고 단정할 수는 없다. 

 

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체도 상속을 위해 프로토타입이 필요하다. 따라서 리터럴 표기법에 의해 생성된 객체도 가상적인 생성자 함수를 갖는다. 프로토타입은 생성자 함수와 더불어 생성되며 prototype, constructor 프로퍼티에 의해 연결되어 있기 때문이다. 다시 말해, 프로토타입과 생성자 함수는 단독으로 존재할 수 없고 언제나 쌍pair으로 존재한다. 

 

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체의 생성한 함수와 프로토타입은 다음과 같다.

리터럴 표기법	생성자 함수	프로토타입
객체 리터럴	Object	Object.prototype
함수 리터럴	Function	Function.prototype
배열 리터럴	Array	Array.prototype
정규 표현식 리터럴	RegExp	RegExp.prototype

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프로토타입의 생성 시점

프로토타입은 생성자 함수가 생성되는 시점에 더불어 생성된다. 

생성자 함수는 사용자가 직접 정의한 사용자 정의 생성자 함수와 자바스크립트가 기본 제공하는 빌트인 생성자 함수로 구분할 수 있다. 

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사용자 정의 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

생성자 함수로서 호출할 수 있는 함수, 즉 constructor는 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점에 프로토타입도 더불어 생성된다. (non-constructor는 프로토타입이 생성되지 않음)

 

console.log(Person.prototype); // {constructor: ƒ}

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

 

함수 선언문은 런타임 이전에 자바스크립트 엔진에 의해 먼저 실행된다. 따라서 함수 선언문으로 정의된 Person 생성자 함수는 어떤 코드보다 먼저 평가되어 함수 객체가 된다. 이때 프로토타입도 더불어 생성된다. 생성된 프로토타입은 Person 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩된다. 

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빌트인 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

빌트인 생성자 함수도 일반 함수와 마찬가지로 빌트인 생성자 함수가 생성되는 시점에 프로토타입이 생성된다. 모든 빌트인 생성자 함수는 전역 객체가 생성되는 시점에 생성된다. 생성된 프로토타입은 빌트인 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩된다. 

 

객체가 생성되기 이전에 생성자 함수와 프로토타입은 이미 객체화되어 존재한다. 이후 생성자 함수 또는 리터럴 표기법으로 객체를 생성하면 프로토타입은 생성된 객체 [[Prototype]] 내부 슬롯에 할당된다. 이로써 생성된 객체는 프로토타입을 상속받는다.