[모던 자바스크립트 Deep Dive] 24장 - 클로저

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모던 딥다이브

🎉 클로저

“클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 한경과의 조합이다.”

😉 렉시컬 스코프(선언 스코프)

호출한 시점에 스코프를 결정하는 방식을 동적 스코프(dynamic scope)라 하고,
정의한 시점에 스코프를 결정하는 방식을 정적 스코프(static scope) 또는 렉시컬 스코프(lexical scope)라 한다.

자바스크립트는 함수의 선언 위치에 따라 상위 스코프가 결정되는 렉시컬 스코프를 사용한다. (가장 처음 평가되는 시점)

실행 컨텍스트와 연결지어 생각해보면, 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결되며 이것이 스코프 체인이다.
함수의 상위 스코프를 결정한다는 것은 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값을 결정한다는 것과 같다.
렉시컬 환경의 ’외부 렉시컬 환경에 대한 참조‘에 저장할 참조값, 즉 상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경에 의해 결정된다.

렉시컬 환경(Lexical Environment)

Lexical Environment는 코드 block, function, script를 실행하기 앞서 생성되는 특별한 객체로, 실행할 스코프 범위 안에 있는 변수와 함수를 프로퍼티로 저장하는 객체다.
즉 우리가 소스 코드를 실행하면서 참조가 필요한 변수의 값을 이 Lexical Environment 라는 객체에서 식별자 이름을 키로 찾는다고 보면 된다.

😉 함수 객체의 내부 슬롯 `[[Environment]]`

함수 자신이 정의된 환경(상위 스코프)을 내부 슬롯인 [[Environment]]안에 저장한다. 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯에 저장된 상위 스코프는 자신이 호출되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장될 참조 값이다.

상위스코프의 참조는 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다.
- 함수 객체를 생성하는 시점은 함수가 정의된 환경 즉, 상위 함수가 평가 또는 실행되고 있는 시점인데, 이때가 현재 실행중인 실행 컨텍스트는 상위 함수의 실행 컨텍스트이기 때문이다.

const x = 1;

function foo() {
  const x = 10;

  // 상위 스코프는 함수 정의 환경(위치)에 따라 결정된다.
  // 함수 호출 위치와 상위 스코프는 아무런 관계가 없다.
  bar();
}

// 함수 bar는 자신의 상위 스코프, 즉 전역 렉시컬 환경을 [[Environment]]에 저장하여 기억한다.
function bar() {
  console.log(x);
}

foo(); // 1
bar(); // 1

여기서 foo()와 bar()가 정의된 시점은 전역렉시컬환경이 평가 되는 시점임으로 전역 객체를 상위 스코프가 된다. 각 함수의 내부슬롯 [[Environment]] 안에 전역 객체가 저장된다.

foo()함수 안에 bar()함수가 호출되었어도, 값이 1인 것은 전역 렉시컬 환경을 참조하고 있기 때문에 foo()함수 안에 정의된 x값을 참조하지 않고 전역 변수인 const x = 1;을 참조한다.

😉 클로저와 렉시컬 환경

🐱‍🐉 클로저

외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다. 이러한 중첩 함수를 클로저라 한다.
중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 중첩 함수가 외부 함수보다 오래 유지되는 경우 한정

자바스크립트는 모든 함수의 상위 스코프를 기억하기 때문에 이론적으로는 모든 함수는 클로저라고 하지만, 일반적으로 모든 함수를 클로저라 하지 않는다.

중첩 함수가 클로저라 하기 어려운 경우

1. 상위 함수보다 오래 유지 되었지만, 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않은 경우

function foo() {
  const x = 1;
  const y = 2;

  //일반적으로 클로저라고 하지 않는다.
  function bar() {
    const z = 3;
    console.log(z);
  }
  return bar;
}

const bar = foo();
bar();

이 예제처럼 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않은 경우 참조하지 않은 식별자를 기억하는 것은 메모리 낭비이기 때문에 기억하지 않는다.

따라서 이 예제의 bar()는 클로저가 아니다.

2. 외부 함수보다 중첩 함수의 생명주기가 짧은 경우

function foo() {
  const x = 1;
  function bar() {
    console.log(x);
  }
  bar();
}
foo();

이 예제에서는 bar()는 클로저이지만, foo()함수보다 생명 주기가 짧아 먼저 소멸했기 때문에 클로저의 본질에 부합하지 않는다.

따라서 중첩 함수 bar()는 일반적으로 클로저라 하기 어렵다.

자유 변수

클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수

클로저의 의미가 “함수가 자유 변수에 대해 닫혀 있다”라는 뜻이다. (= “자유 변수에 묶여 있는 함수”)

자바스크립트 엔진은 클로저가 참조하지 않은 식별자는 기억하지 않는다.

😉 클로저 활용

클로저는 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다

상태를 안적하게 은닉
특정 함수에게만 상태 변경을 허용 하기 위해 사용된다.

전역 변수로 정의된 함수는 언제 어떻게 변수의 상태 값이 변경 될 수 있는 위험이 있다. 그래서 클로저를 활용해서 변수의 값을 변경 할 수 없도록 만들 수 있다.

//카운트 상태 변경 함수
const increase = function () {
  //카운트 상태 변수
  let num = 0;
  //카운트 상태를 1만큼 증가시킨다.
  return ++num;
};

//이전 상태를 유지하지 못함
console.log(increase()); //1
console.log(increase()); //1
console.log(increase()); //1

이 코드는 num(상태 변수)를 지역변수로 넣어 다른 곳에서 함수를 변경하지 못하도록 했지만 값이 유지 되지 않아 값이 같게 나타난다. 상태를 변경하지 못하게 하면서 이전 상태를 유지를 클로저 활용을 통해 할 수 있다.

//카운트 상태 변경 함수
const increase = (function () {
  let num = 0;
  //클로저
  return function () {
    //카운트 상태를 1만큼 증가시킨다.
    return ++num;
  };
})();

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

즉시 실행 함수를 이용하였으며, 즉시 실행함수가 호출되고 즉시실행함수가 반환하는 함수 function(){retunr ++num};이 increase에 할당된다.
이때 반환된 함수는 자신이 정의된 위치(즉시실행함수)를 상위 스코프를 가지게 된다.
그렇게 되면 상위 스코프에 있는 식별자를 참조할 수 있는데, 즉시실행함수는 딱한번만 실행을 하기 때문에 increase를 호출해도 실행되지 않고 반환한 함수가 실행된다.

따라서 num의 값이 초기화 되지 않아 값이 증감할 수 있게 된 것이다.
num 변수는 외부에서 직접 접근할 수 없는 은닉된 private변수 이므로 의도치 않게 값이 변경되는 위험이 없어 안정적인 프로그래밍이 가능하다.

결론) 클로저는 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.

생성자 함수로 표현(클로저)

increase, decrease 메서드는 프로토타입 메서드이다. 이 메서드들이 평가되어 함수 객체가 생성될 때 실행 중인 실행 컨텍스트는 즉시 실행 함수의 실행 컨텍스트이다. 따라서 increase, decrease메서드는 즉시 실행 함수의 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저 이다.

다시 말하면 num변수의 값은 increase와 decrease메서드만이 변경할 수 있다.

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

고차 함수 활용한 클로저(클로저)

고차 함수 : 보조 함수를 인자로 전달받고 함수를 반환하는 함수

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

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

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

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

// 함수로 함수를 생성한다.
// makeCounter 함수는 보조 함수를 인수로 전달받아 함수를 반환한다
const increaser = makeCounter(increase); // ①
console.log(increaser()); // 1
console.log(increaser()); // 2

// increaser 함수와는 별개의 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 카운터 상태가 연동하지 않는다.
const decreaser = makeCounter(decrease); // ②
console.log(decreaser()); // -1
console.log(decreaser()); // -2

즉 makeCounter함수를 호출할 때 마다 새로운 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 이런 경우 자유 변수 counter를 공유하지 못해 카운터의 증감이 연동되지 않는다.

아래 예제처럼 해야 한다.

// 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

캡슐화 (encapsulation)

객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것

객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하기도 해서 정보 은닉이라고 한다.
정보 은닉은 객체의 상태가 변경되는 것을 방지해 정보를 보호, 객체 간의 상호 의존성, 즉 결합도(coupling)를 낮추는 효과가 있다.

정보은닉 (information hiding)

적절치 못한 접근으로부터 객체의 상태가 변경되는 것을 방지해 정보를 보호, 객체 간의 상호 의존성(결합도)를 낮춤

자바스크립트는 객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 외부에 공개되어 있다. (기본적으로 public이다.)

function Person(name, age) {
  this.name = name; // public
  let _age = age; // private

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

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(); // H1! my name is Kim. I am 30.
console.log(me.name); // Kim
console.log(you._age); // undefined

위 예제의 name 프로퍼티는 외부로 공개되어 있어서 자유롭게 참조하거나 변경할 수 있으므로 public

_age 변수는 Person 생성자 함수의 지역 변수. Person 생성자 함수 외부에서 참조하거나 변경할 수 없으므로 private

sayHi 메서드는 인스턴스 메서드이므로 Person 객체가 생성될 때 마다 중복 생성됨. 이를 prototype 메서드로 변경하면 중복 생성 방지 가능

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

// 프로토타입 메서드
Person.prototype.sayHi = function () {
  // Person 생성자 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 없음
  console.log(`Hi! My name is ${this.name}. I am ${_age}`);
};

Person.prototype.sayHi 메서드 내에서 Person 생성자 함수의 지역 변수 _age 를 참조할 수 없음

즉시 실행 함수를 사용하여 Person 생성자 함수와 Person.prototype.sayHi 메서드를 하나의 함수 내로 모으면 참조 가능

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(_age);
  };

  // 생성자 함수 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(); // H1! my name is Kim. I am 30.
console.log(me.name); // Kim
console.log(you._age); // undefined

Person 생성자 함수와 Person 생성자 함수의 인스턴스가 상속받아 호출할 Person.prototype.sayHi 메서드는 즉시 실행 함수가 종료된 이후 호출되지만,

이미 종료되어 소멸한 즉시 실행 함수의 지역 변수 _age 를 참조할 수 있음 (클로저)

하지만 위의 코드도 Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 _age 변수의 상태가 유지되지 않는다는 문제가 있음

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

const you = new Person("Kim", 30);
you.sayHi(); // H1! my name is Kim. I am 30.

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

sayHi 메서드의 상위 스코프는 어떤 인스턴스로 호출하더라도 하나의 동일한 상위 스코프를 사용하기 때문에 _age 값이 유지되지 않음

자바스크립트는 정보 은닉을 완전하게 지원하지 않음

😉 자주 발생하는 실수

for문을 사용할 때 for문 내부에 함수를 선언하는 경우 기대하지 않은 결과가 나타난다.

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
}

0 1 2가 출력될 것을 기대하였지만 3 3 3이 출력된다.
이유는 var로 선언된 i변수는 전역 변수로 선언되었기 때문에 함수 선언문에 i값을 전달하였더라도, 호출하는 시점에는 i값이 3이기 때문에 3 3 3이 출력된다.

위 예제를 클로저를 사용해 바르게 고치면 아래와 같다.

var funcs = [];

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

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

for문 내부에 함수를 선언할 때 즉시 실행 함수로 감싸고 i값을 전달해 주도록 수정하였다. 이렇게 하면 새로운 함수 레벨 스코프가 반복문을 반복하면서 계속 생겨 각각의 스코프에 i값이 id 매개변수에 저장되게 된다.

즉 id는 즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수에 묶여있는 자유 변수가 되어 그 값이 유지된다.

위 예제 보다 더욱 간단하게 하는 방법은 ES6의 let키워드를 사용하는 것이다.

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 키워드는 블록 레벨 스코프를 따르기 때문에 for문이 반복될 때 마다 새로운 렉시컬 환경이 생성된다.

let스코프 {: #magnific title=””}

※ 반복문의 코드 블록 내부에서 함수를 정의할 때에만 의미가 있다.
반복문의 코드 블록 내부에 함수 정의가 없는 경우 참조할 대상이 없기 때문에 가비지 컬렉션의 대상이 된다. (따라서 함수 정의가 없는 경우 그냥 var를 사용하는 것이 메모리 관점에서는 좋으려나?)

함수형 프로그래밍 기법인 고차 함수를 사용하는 방법도 있다.

// 요소가 3개인 배열을 생성하고 배열의 인덱스를 반환하는 함수를 요소로 추가한다.
// 배열의 요소로 추가된 함수들은 모두 클로저다.
const funcs = Array.from(new Array(3), (\_, i) => () => i); // (3) [ƒ, ƒ, ƒ]

// 배열의 요소로 추가된 함수 들을 순차적으로 호출한다.
funcs.forEach(f => console.log(f())); // 0 1 2

Array.from메서드의 첫 번째 파라미터에는 iterable 혹은 유사배열이 오고, 두 번째 파라미터에는 callback함수를 넣어준다.
callback함수를 통해 배열을 하나씩 순회하면서 반환 값으로 새로운 배열을 반환한다.
callback함수의 첫 번째 파라미터는 element값, 두 번째 파라미터는 index이다.

Array.from([1,2,3], (v,i)=>v\*2)
// [2, 4, 6]

// 'foo'는 유사배열
Array.from('foo', (v,i)=>v)
// ['f', 'o', 'o']

Array.from('foo', (v,i)=>v+i)
// ['f0', 'o1', 'o2']

// 함수를 반환
Array.from('foo', (v,i)=>()=>v)
// [ƒ, ƒ, ƒ]
Array.from(new Array(3), (*, i) => () => i)

따라서 위 예제 v는 element이고 i는 index이고, 각 배열을 순회하면서 ()=>i 함수를 할당한 것이고, i값은 클로저로 인해 0,1,2값이 저장되어 있는 것이다.

결국 아래와 같이 배열의 각 요소에 할당된 함수를 호출하면 0 1 2가 출력되는 것이다.

// 배열의 요소로 추가된 함수 들을 순차적으로 호출한다.
funcs.forEach((f) => console.log(f())); // 0 1 2

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[모던 자바스크립트 Deep Dive] 24장 - 클로저

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