자바스크립트의 프로토타입(Prototype)

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 프로토타입(prototype)을 기반으로 상속을 구현한다.

상속과 프로토타입

상속(inheritance)은 객체지향 프로그래밍의 핵심 개념으로, 어떤 객체의 프로퍼티 또는 메서드를 다른 객체가 상속받아 그대로 사용할 수 있는 것을 말한다.

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

프로토타입 객체

프로토타입 객체(또는 줄여서 프로토타입)란 객체지향 프로그래밍의 근간을 이루는 객체 간 상속(inheritance)을 구현하기 위해 사용된다.

프로토타입은 어떤 객체의 상위(부모) 객체의 역할을 하는 객체로서 다른 객체에 공유 프로퍼티(메서드 포함)를 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.

__proto__ 접근자 프로퍼티

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

함수 객체의 prototype 프로퍼티

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

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

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.

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체의 생성자 함수와 프로토타입

앞에서 살펴본 바와 같이 생성자 함수에 의해 생성된 인스턴스는 프로토타입의 constructor 프로퍼티에 의해 생성자 함수와 연결된다. 이때 constructor 프로퍼티가 가리키는 생성자 함수는 인스턴스를 생성한 생성자 함수이다.

프로토타입과 생성자 함수는 단독으로 존재할 수 없고 언제나 쌍(pair)으로 존재한다.

프로토타입의 생성 시점

객체는 리터럴 표기법 또는 생성자 함수에 의해 생성되므로 결국 모든 객체는 생성자 함수와 연결되어 있다.

프로토타입은 생성자 함수가 생성되는 시점에 더불어 생성된다.

사용자 정의 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

내부 메서드 [[Construct]]를 갖는 함수 객체, 즉 화살표 함수나 ES6의 메서드 축약 표현으로 정의하지 않고 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 함수, 즉 non-constructor는 프로토타입이 생성되지 않는다.

빌트인 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

Object, String, Number, Function, Array, RegExp, Date, Promise 등과 같은 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.

표준 빌트인 객체인 Object도 전역 객체의 프로퍼티이며, 전역 객체가 생성되는 시점에 생성된다.

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

객체 생성 방식과 프로토타입의 결정

다양한 방식으로 생성된 모든 객체는 각 방식마다 세부적인 객체 생성 방식의 차이는 있으나 추상 연산 ObjectCreate에 의해 생성된다는 공통점이 있다.

프로토타입은 추상 연산 ObjectCreate에 전달되는 인수에 의해 결정된다. 이 인수는 객체가 생성되는 시점에 객체 생성 방식에 의해 결정된다.

객체 리터럴에 의해 생성된 객체의 프로토타입

자바스크립트 엔진은 객체 리터럴을 평가하여 객체를 생성할 때, 추상 연산 ObjectCreate를 호출한다. 이때 추상 연산 ObjectCreate에 전달되는 프로토타입은 Object.prototype이다. 즉, 객체 리터럴에 의해 생성되는 객체의 프로토타입은 Object.prototype이다.

Object 생성자 함수에 의해 생성된 객체의 프로토타입

Object 생성자 함수를 인수 없이 호출하면 빈 객체가 생성된다. Object 생성자 함수를 호출하면 객체 리터럴과 마찬가지로 추상 연산 ObjectCreate가 호출된다. 이때 추상 연산 ObjectCreate에 전달되는 프로토타입은 Object.prototype이다. 즉, Object 생성자 함수에 의해 생성되는 객체의 프로토타입은 Object.prototype이다.

생성자 함수에 의해 생성된 객체의 프로토타입

new 연산자와 함께 생성자 함수를 호출하여 인스턴스를 생성하면 다른 객체 생성 방식과 마찬가지로 추상 연산 ObjectCreate가 호출된다. 이때 추상 연산 ObjectCreate에 전달되는 프로토타입은 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩되어 있는 객체다. 즉, 생성자 함수에 의해 생성되는 객체의 프로토타입은 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩되어 있는 객체이다.

프로토타입 체인

자바스크립트는 객체의 프로퍼티(메서드 포함)에 접근하려고 할 때 해당 객체에 접근하려는 프로퍼티가 없다면 [[Prototype]] 내부 슬롯의 참조를 따라 자신의 부모 역할을 하는 프로토타입의 프로퍼티를 순차적으로 검색한다. 이를 프로토타입 체인이라 한다. 프로토타입 체인은 자바스크립트가 객체지향 프로그래밍의 상속을 구현하는 메커니즘이다.

오버라이딩과 프로퍼티 섀도잉

프로토타입 프로퍼티와 같은 이름의 프로퍼티를 인스턴스에 추가하면 프로토타입 체인을 따라 프로토타입 프로퍼티를 검색하여 프로토타입 프로퍼티를 덮어쓰는 것이 아니라 인스턴스 프로퍼티로 추가한다.

오버라이딩(overriding)

상위 클래스가 가지고 있는 메서드를 하위 클래스가 재정의하여 사용하는 방식이다.

오버로딩(overloading)

함수의 이름은 동일하지만 매개변수의 타입 또는 개수가 다른 메서드를 구현하고 매개변수에 의해 메서드를 구별하여 호출하는 방식이다. 자바스크립트는 오버로딩을 지원하지 않지만 arguments 객체를 사용하여 구현할 수는 있다.

하위 객체를 통해 프로토타입의 프로퍼티를 변경 또는 삭제하는 것은 불가능하다. 다시 말해 하위 객체를 통해 프로토타입에 get 액세스는 허용되나 set 액세스는 허용되지 않는다.

프로토타입 프로퍼티를 변경 또는 삭제하려면 하위 객체를 통해 프로토타입 체인으로 접근하는 것이 아니라 프로토타입에 직접 접근하여야 한다.

프로토타입의 교체

프로토타입은 임의의 다른 객체로 변경할 수 있다. 이것은 부모 객체인 프로토타입을 동적으로 변경할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 특징을 활용하여 객체 간의 상속 관계를 동적으로 변경할 수 있다. 프로토타입은 생성자 함수 또는 인스턴스에 의해 교체할 수 있다.

생성자 함수에 의한 프로토타입의 교체

프로토타입으로 교체한 객체 리터럴에는 constructor 프로퍼티가 없다. constructor 프로퍼티는 자바스크립트 엔진이 프로토타입을 생성할 때 암묵적으로 추가한 프로퍼티다.

프로토타입을 교체하면 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결이 파괴된다.

프로토타입 체인을 따라 Object.prototype의 constructor 프로퍼티가 검색된다.

프로토타입으로 교체한 객체 리터럴에 constructor 프로퍼티를 추가하여 프로토타입의 constructor 프로퍼티를 되살린다.

인스턴스에 의한 프로토타입의 교체

프로토타입은 생성자 함수의 prototype 프로퍼티뿐만 아니라 인스턴스의 __proto__ 접근자 프로퍼티(또는 Object.getPrototypeOf 메서드)를 통해 접근할 수 있다. 따라서 인스턴스의 __proto__ 접근자 프로퍼티(또는 Object.setPrototypeOf 메서드)를 통해 프로토타입을 교체할 수 있다.

생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 다른 임의의 객체를 바인딩하는 것은 미래에 생성할 인스턴스의 프로토타입을 교체하는 것이다.

__proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 프로토타입을 교체하는 것은 이미 생성된 객체의 프로토타입을 교체하는 것이다.

생성자 함수에 의한 프로토타입 교체와 마찬가지로 프로토타입으로 교체한 객체에는 constructor 프로퍼티가 없으므로 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결이 파괴된다.

생성자 함수에 의한 프로토타입 교체와 인스턴스에 의한 프로토타입 교체는 차이가 존재한다.

프로토타입 교체를 통해 객체 간의 상속 관계를 동적으로 변경하는 것은 꽤나 번거롭다. 따라서 프로토타입은 직접 교체하지 않는 것이 좋다

상속 관계를 인위적으로 설정하려면 “19.11. 직접 상속”에서 살펴볼 직접 상속이 더 편리하고 안전하다.

ES6에서 도입된 클래스를 사용하면 간편하고 직관적으로 상속 관계를 구현할 수 있다.

instanceof 연산자

instanceof 연산자는 이항 연산자로서 좌변에 객체를 가리키는 식별자, 우변에 생성자 함수를 가리키는 식별자를 피연산자로 받는다. 만약 우변의 피연산자가 함수가 아닌 경우 TypeError가 발생한다.

우변의 생성자 함수의 prototype에 바인딩된 객체가 좌변의 객체의 프로토타입 체인 상에 존재하면 true로 평가되고, 그렇지 않은 경우에는 false로 평가된다.

instanceof 연산자는 프로토타입의 constructor 프로퍼티가 가리키는 생성자 함수를 찾는 것이 아니라, 생성자 함수의 prototype에 바인딩된 객체가 프로토타입 체인 상에 존재하는지 확인한다.

instanceof 연산자는 좌변 피연산자의 프로토타입 체인 상에 우변의 피연산자, 즉 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩된 객체가 존재하는 지 검색한다.

생성자 함수에 의해 프로토타입이 교체되어 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결이 파괴되어도 생성자 함수의 prototype 프로퍼티와 프로토타입 간의 연결은 파괴되지 않으므로 instanceof는 아무런 영향을 받지 않는다.

직접 상속

Object.create에 의한 직접 상속

Object.create 메서드는 명시적으로 프로토타입을 지정하여 새로운 객체를 생성한다. Object.create 메서드도 다른 객체 생성 방식과 마찬가지로 추상 연산 ObjectCreate를 호출한다.

Object.create 메서드의 첫 번째 매개변수에는 생성할 객체의 프로토타입으로 지정할 객체를 전달한다. 두 번째 매개변수에는 생성할 객체의 프로퍼티 키와 프로퍼티 디스크립터 객체로 이뤄진 객체를 전달한다.

이 객체의 형식은 Object.defineProperties 메서드(“16.4. 프로퍼티 정의” 참고)의 두 번째 인수와 동일하다. 두 번째 인수는 옵션이므로 생략 가능하다.

Object.create 메서드는 첫 번째 매개변수에 전달한 객체의 프로토타입 체인에 속하는 객체를 생성한다. 즉, 객체를 생성하면서 직접적으로 상속을 구현하는 것이다.

Object.create 메소드의 장점

• new 연산자가 없이도 객체를 생성할 수 있다.
• 프로토타입을 지정하면서 객체를 생성할 수 있다.
• 객체 리터럴에 의해 생성된 객체도 상속받을 수 있다.

Object.create 메서드를 통해 프로토타입 체인의 종점에 위치하는 객체를 생성할 수 있기 때문이다. 프로토타입 체인의 종점에 위치하는 객체는 Object.prototype의 빌트인 메서드를 사용할 수 없다.

프로토타입이 null인 객체, 즉 프로토타입 체인의 종점에 위치하는 객체를 생성한다.

에러를 발생시킬 위험을 없애기 위해 Object.prototype의 빌트인 메서드는 다음과 같이 간접적으로 호출하는 것이 좋다.

객체 리터럴 내부에서 __proto__에 의한 직접 상속

Object.create 메서드에 의한 직접 상속은 앞에서 다룬 것과 같이 여러 장점이 있다. 하지만 두 번째 인자로 프로퍼티를 정의하는 것은 번거롭다. 일단 객체를 생성한 이후, 프로퍼티를 추가하는 방법도 있으나 이 또한 깔끔한 방법은 아니다.

ES6에서는 객체 리터럴 내부에서 __proto__ 접근자 프로퍼티를 사용하여 직접 상속을 구현할 수 있다.

정적 프로퍼티/메서드

정적(static) 프로퍼티/메서드는 생성자 함수로 인스턴스를 생성하지 않아도 참조/호출할 수 있는 프로퍼티/메서드를 말한다.

정적 프로퍼티/메서드는 생성자 함수가 생성한 인스턴스로 참조/호출할 수 없다.

생성자 함수가 생성한 인스턴스는 자신의 프로토타입 체인에 속한 객체의 프로퍼티/메서드에 접근할 수 있다. 하지만 정적 프로퍼티/메서드는 인스턴스의 프로토타입 체인에 속한 객체의 프로퍼티/메서드가 아니므로 인스턴스로 접근할 수 없다.

앞에서 살펴본 Object.create 메서드는 Object 생성자 함수의 정적 메서드고 Object.prototype.hasOwnProperty 메서드는 Object.prototype의 메서드다. 따라서 Object.create 메서드는 인스턴스, 즉 Object 생성자 함수가 생성한 객체로 호출할 수 없다. 하지만 Object.prototype.hasOwnProperty 메서드는 모든 객체의 프로토타입 체인의 종점, 즉 Object.prototype의 메서드이므로 모든 객체가 호출할 수 있다.

인스턴스/프로토타입 메서드 내에서 this를 사용하지 않는다면 그 메서드는 정적 메서드로 변경할 수 있다. 인스턴스가 호출한 인스턴스/프로토타입 메서드 내에서 this는 인스턴스를 가리킨다. 메서드 내에서 인스턴스를 참조할 필요가 없다면 정적 메서드로 변경하여도 동작한다. 프로토타입 메서드를 호출하려면 인스턴스를 생성해야 하지만 정적 메서드는 인스턴스를 생성하지 않아도 호출할 수 있다.

프로토타입 메서드

this를 참조하지 않는 프로토타입 메소드는 정적 메서드로 변경하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

프로토타입 메서드를 호출하려면 인스턴스를 생성해야 한다.

정적 메소드

정적 메서드는 인스턴스를 생성하지 않아도 호출할 수 있다.

프로퍼티 존재 확인

in 연산자

in 연산자는 객체 내에 프로퍼티가 존재하는지 여부를 확인한다.

in 연산자는 확인 대상 객체의 프로퍼티뿐만 아니라 확인 대상 객체가 상속받은 모든 프로토타입의 프로퍼티를 확인하므로 주의가 필요하다.

in 연산자 대신 ES6에서 새롭게 도입된 Reflect.has 메서드를 사용할 수도 있다. Reflect.has 메서드는 in 연산자와 동일하게 동작한다.

Object.prototype.hasOwnProperty 메서드

Object.prototype.hasOwnProperty 메서드를 사용해도 객체의 프로퍼티의 존재 여부를 확인할 수 있다.

전달받은 프로퍼티 키가 객체 고유의 프로퍼티 키인 경우에만 true를 반환하고 상속받은 프로토타입의 프로퍼티 키인 경우 false를 반환한다.

프로퍼티 열거

for...in 문

객체의 모든 프로퍼티를 순회하며 열거(enumeration)하려면 for…in 문을 사용한다.

for…in 문은 객체의 프로퍼티 개수만큼 순회하며 for…in 문의 변수 선언문에서 선언한 변수에 프로퍼티 키를 할당한다.

for…in 문은 in 연산자처럼 순회 대상 객체의 프로퍼티 뿐만 아니라 상속받은 프로토타입의 프로퍼티까지 열거한다.

프로퍼티 어트리뷰트 [[Enumerable]]는 프로퍼티의 열거 가능 여부를 나타내며 불리언 값을 갖는다.

for…in 문은 객체의 프로토타입 체인 상에 존재하는 모든 프로토타입의 프로퍼티 중에서 프로퍼티 어트리뷰트 [[Enumerable]]의 값이 ture인 프로퍼티를 순회하며 열거(enumeration)한다.

for…in 문은 프로퍼티 키가 심벌인 프로퍼티는 열거하지 않는다.

상속받은 프로퍼티는 제외하고 객체 자신의 프로퍼티 만을 열거하려면 Object.prototype.hasOwnProperty 메서드를 사용하여 객체 자신의 프로퍼티인지 확인해야 한다.

for…in 문은 프로퍼티를 열거할 때 순서를 보장하지 않으므로 주의하기 바란다. 하지만 대부분의 모던 브라우저는 순서를 보장하고 숫자(사실은 문자열)인 프로퍼티 키에 대해서는 정렬을 실시한다.

배열에는 for…in 문을 사용하지 말고 일반적인 for 문이나 for…of 문 또는 Array.prototype.forEach 메서드를 사용하기를 권장한다. 사실 배열도 객체이므로 프로퍼티와 상속받은 프로퍼티가 포함될 수 있다.

Object.keys/values/entries 메서드

지금까지 살펴보았듯이 for…in 문은 객체 자신의 고유 프로퍼티 뿐만 아니라 상속받은 프로퍼티도 열거한다. 따라서 Object.prototype.hasOwnProperty 메서드를 사용하여 객체 자신의 프로퍼티인지 확인하는 추가 처리가 필요하다.

객체 자신의 고유 프로퍼티만을 열거하기 위해서는 for…in 문을 사용하는 것 보다 Object.keys/values/entries 메서드를 사용하는 것을 권장한다.

Object.keys 메서드는 객체 자신의 열거 가능한(enumerable) 프로퍼티 키를 배열로 반환한다.

ES8에서 도입된 Object.values 메서드는 객체 자신의 열거 가능한 프로퍼티 값을 배열로 반환한다.

ES8에서 도입된 Object.entries 메서드는 객체 자신의 열거 가능한 프로퍼티 키와 값의 쌍의 배열을 배열에 담아 반환한다.

reference

https://poiemaweb.com/