[JavaScript] 프로토타입

자바스크립트는 명령형, 함수형, 프로토타입 기반, 객체지향 프로그래밍을 지원하는 멀티 패러다임 언어이다.

자바스크립트의 경우 객체지향 프로그래밍의 특징인 접근 제한자(public, private, prtected 등)가 없어서 객체지향 언어가 아니라고 생각할 수 있지만 엄연히 프로토타입 기반의 객체 지향 프로그래밍 언어이다.

1) 객체지향 프로그래밍

객체지향형 프로그래밍
: 프로그램을 명령어 또는 함수의 목록으로 보는 전통적인 명령형 프로그램의 절차지향적 관점에서 벗어나 여러 개의 독립적 단위, 즉 객체의 집합으로 프로그래밍을 표현하려는 프로그래밍의 패러다임

객체지향형의 대표적인 특성은 사물이나 개념의 특징,성질 등을 나타내는 속성을 가진다는 것이다.
ex. 사람이 갖는 속성 => 이름, 주소 성별, 나이, 신장, 체중, 학력 등

이러한 속성들 중에서 필요한 속성을 간추려나타내는 것을 추상화라고 한다.

const person = {
  name: 'Lee',
  address: 'Seoul'
};

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

다음은 "이름"과 "주소"라는 속성을 갖는 person 객체를 추상화한 것이다 이처럼 속성을 통해 여러 개의 값을 하나의 단위로 구성한 복합적인 자료구조를 객체라 하며, 객체지향 프로그래밍은 독립적인 객체 집합으로 프로그램을 표현하려는 프로그래밍 패러다임이다.

2) 상속과 프로토타입

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

function Circle(radius) {
  this.radius = radius;
  this.getArea =function () {
    return Math.PI * this.radius ** 2;
  };
}

// 반지름 1인 인스턴스 생성
const circle1 = new Circle(1);

// 반지름 2인 인스턴스 생성
const circle2 = new Circle(2);

console.log(circle1.getArea == circle2.getArea); //false

console.log(circle1.getArea());
console.log(circle2.getArea());

위 예제의 경우 Circle 생성자 함수가 생성하는 모든 객체는 radius 프로퍼티와 getArea 메서드를 갖는다. radius 프로퍼티 값은 일반적으로 인스턴스마다 다르지만, getArea 인스턴스는 모든 인스턴스가 동일한 내용의 메서드를 사용하므로 단 하나만 생성해서 공유하는 것이 바람직하다. (중복 코드 제거)

다음과 같이 상속을 통해 불필요한 중복을 제거해보자.

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 바인딩됨.
Circle.prototype.getArea = function() {
  return Math.PI * this.radius **2;
};

const circle1 = new Circle(1);
const circle2 = new Circle(2);

console.log(circle1.getArea == circle2.getArea); //true

console.log(circle1.getArea());
console.log(circle2.getArea());

자바스크립트는 다음과 같이 프로토타입을 기반으로 상속을 구현한다. 위 예제의 getArea 메서드는 단 하나만 생성되어 프로토타입인 Circle.prototype의 메서드로 할당되어 있다. 이를 통해 자신의 상태를 나타내는 radius 프로퍼티만 개별적으로 소유하고 내용이 동일한 메서드는 상속을 통해 공유하여 사용하는 것!

3.프로토타입 객체

프로토타입 객체 : 객체지향 프로그래밍의 근간을 이루는 객체간 상속을 구현하기 위해 사용된다.

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

3-1) __proto__ 접근자 프로퍼티

name: "Lee"가 가르키는 것이 person 객체의 프로퍼티, [[Prototype]] 내부 슬롯이 가르키는 객체인 Object.prototype에 접근한 결과를 크롬 브라우저가 콘솔에 표시한 것.

1️⃣ __proto__ 는 접근자 프로퍼티
앞서 설명한 내용과 같이, [[prototype]] 내부 슬롯에 직접적 접근은 안되며, __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 간접적으로 내부 슬롯의 값, 즉 프로토 타입에 접근할 수 있다.

_*접근자 프로퍼티는 자체적으로는 값을 갖지 않고 다른 데이터 프로퍼티의 값을 읽거나 저장할 때 사용하는 함수, 즉 [[Get]], [[Set]] 프로퍼티 어트리뷰트로 구성된 프로퍼티

const obj = {};
const parent = { x: 1 };

// getter 함수인 get __proto__가 호출되어 obj 객체의 프로토 타입을 취득
obj.__proto__;

// setter 함수인 set __proto__가 호출되어 Obj 객체의 프로토타입을 교체
obj.__proto__ = parent;

console.log(obj.x); // 1

2️⃣ __proto__ 접근자 프로퍼티는 상속을 통해 사용
_proto__ 접근자 프로퍼티는 객체가 직접 소유하는 프로퍼티가 아닌 Object.prototype의 프로퍼티이다.
모든 객체는 상속을 통해 Object.prototype._proto__ 접근자 프로퍼티를 사용할 수 있다.

const person = { name : 'Lee' };

console.log(person.hasOwnProperty('__proto__')); // false

person 객체는 __proto__ 프로퍼티를 소유하지 않고 Object.prototype의 접근자 프로퍼티로써 접근해야 한다.

3️⃣ __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 프로토타입에 접근하는 이유
[[proto]] 내부 슬롯 값, 프로퍼티에 접근하기 위해 접근자 프로퍼티를 사용하는 이유는 상호 참조에 의해 프로토타입 체인이 생성되는 것을 방지하기 위해서다.

const parent = {};
const child = {};

// child 프로토타입을 Parent로 설정
child.__proto__ = parent;
// parent의 프로토타입을 child로 설정
parent.__proto__ = child; // TypeError

위 그림과 같이 parent 객체를 child 객체의 프로토타입으로 설정한 후, child 객체를 parent 객체의 프로토타입으로 설정했다.
서로가 자신의 프로토타입이 되는 비정상적인 프로토타입 체인이 만들어 지기 때문에 위와 같이 TypeError를 발생시킨다.

따라서 프로토타입 체인은 단방향 링크드 리스트로 구현되어야 한다. 따라서 아무런 체크 없이 무조건적으로 프로토타입을 교체할 수 없도록
__proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 프로토타입에 접근하고 교체하도록 구현되어 있다.

4️⃣ __proto__ 접근자 프로퍼티를 코드 내에서 직접 사용하는 것은 권장하지 X
모든 객체가 __proto__ 접근자 프로퍼티를 사용할 수 있는 것은 아니다. 다음 예제를 살펴보자.

const obj = Object.create(null)

console.log(obj.__proto__); // undefined

다음과 같이 직접 상속을 통해 Object.prototype을 상속받지 않는 객체를 생성할 수 있기 때문에 __proto__ 접근자 프로퍼티를 사용할 수 없는 경우가 있다.

따라서 접근자 프로퍼티 대신 프로토타입의 참조를 취득하고 싶을 땐 Object.getPrototypeOf 메서드를 사용하고, 프로토 타입을 교체하고 싶을 땐 Object.setPrototypeOf 메서드를 사용할 것을 권장한다.

3-2) 함수 객체의 prototype 프로퍼티

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

(function () {}).hasOwnProperty('prototype'); // true

({}).hasOwnProperty('prototype'); // false

위와 같이 함수 객체는 prototype 프로퍼티를 소유하고, 일반 객체는 prototype 프로퍼티를 소유하지 않는다.

생성자 함수와는 달리 생성자 함수로서 호출할 수 없는 함수 즉, non-constructor인 화살표 함수와 ES6 메서드 축약 표현으로 정의한 메서드는 prototype 프로퍼티를 소유하지 않으며 프로토타입도 생성하지 X

모든 객체가 가지고 있는(Object.prototype으로부터 상속받은) __proto__ 접근자 프로퍼티와 함수 객체만이 가지고 있는 프로퍼티는 결국 동일한 프로토 타입을 가르킨다.

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

const me = new Person('Lee');

console.log(Person.prototype === me.__proto__); true

Person.prototype과 me.__proto__는 결국 동일한 프로토 타입을 가르킨다.

3-3) 프로토타입의 constructor 프로퍼티와 생성자 함수

모든 프로토타입은 constructor 프로퍼티를 갖는다. 이 constructor 프로퍼티는 prototype 프로퍼티로 자신을 참조하고 있는 생성자 함수를 가리킨다.

4) 리터럴 표기법에 의해 생성된 객체의 생성자 함수와 프로토타입

위와 같이 생성자 함수에 의해 생성된 인스턴스는 프로토타입의 constructor 프로퍼티에 의해 생성자 함수에 연결된다. 이때 constructor 프로퍼티가 가르키는 생성자 함수는 인스턴스를 생성한 생성자 함수이다.

// obj 객체를 생성한 생성자 함수는 Object
const obj = new Object();
console.log(obj.constructor === Object); // true

// add 함수 객체를 생성한 생성자 함수는 Function
const add = new Function('a', 'b', 'return a + b');
console.log(add.constructor === Function); // true

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

const obj = {}; // 객체 리터럴 생성

console.log(obj.constructor === Object); // true

obj 객체는 Object 생성자 함수로 생성한 객체가 아닌 객체 리터럴에 의해 생성된 객체다. 하지만 obj 객체는 Object 생성자 함수와 constructor 프로퍼티로 연결되어 있다. 이는 다음과 같이 분석할 수 있다.

Object 생성자 함수에 인수를 전달하지 않거나 Undefined, null을 인수로 전달 호출 시 내부적으로 추상 연산 OrdinaryObjectCreate를 호출하여 Object.prototype을 프로토 타입으로 갖는 빈 객체를 생성한다.