변수

변수란 무엇인가

애플리케이션은 데이터를 다룬다. 아무리 복잡한 애플리케이션이라 해도 데이터를 입력(input)받아 처리하고 그 결과를 출력(output)하는 것이 전부다. 변수는 프로그래밍 언어에서 데이터를 관리하기 위한 핵심 개념이다.

10 + 20

자바스크립트 엔진이 10 + 20 이라는 식의 의미를 해석하면 + 연산을 수행하기 위해 먼저 + 연산자의 좌변과 우변의 숫자 값, 피연산자를 기억한다. 사람은 계산과 기억을 모두 두뇌에서 하지만, 컴퓨터는 연산과 기억을 수행하는 부분이 나눠져 있다. 컴퓨터는 CPU를 사용해 연산하고, 메모리를 사용해 데이터를 기억한다.

메모리는 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀의 집합체다. 메모리 셀 하나의 크기는 1바이트(8비트)이며, 컴퓨터는 메모리 셀의 크기, 즉 1바이트 단위로 데이터를 저장하거나 읽어들인다.

각 메모리 셀은 고유의 메모리 주소(address)를 갖는다. 이 메모리 주소는 메모리 공간의 위치를 나타내며, 0부터 시작해서 메모리의 크기만큼 정수로 표현된다. 4GB 메모리는 0부터 4,294,967,295(0x00000000~0xFFFFFFFF)까지의 메모리 주소를 갖는다.

위 예제의 숫자 값 10과 20은 메모리 상의 임의의 위치(메모리 주소)에 기억(저장)되고 CPU는 이 값을 읽어들여 연산을 수행한다. 연산 결과로 생성된 숫자 값을 편의상 10진수로 표기했다. 하지만 메모리에 저장되는 모든 값은 2진수로 저장된다는 것을 기억할 필요가 있다.

성공적으로 연산이 끝났고 연산 결과도 메모리에 저장되었지만, CPU가 만들어낸 숫자 값 30을 재사용할 수 없다. 10 + 20 연산 결과를 재사용하고 싶다면 메모리 주소를 통해 연산 결과 30이 저장된 메모리 공간에 직접 접근하는 것 외에는 방법이 없다.

하지만 메모리 주소를 통해 값에 직접 접근하는 것은 치명적 오류를 발생시킬 가능성이 높은 매우 위험한 일이다. 만약 실수로 운영체제가 사용하고 있는 값을 변경하면 시스템을 멈추게 하는 치명적인 오류가 발생할 수도 있다. 따라서 자바스크립트는 개발자의 직접적인 메모리 제어를 허용하지 않는다.

프로그래밍 언어는 기억하고 싶은 값을 메모리에 저장하고, 지정된 값을 읽어 들여 재사용하기 위해 변수라는 메커니즘을 제공한다. 변수의 정의를 내려보면 다음과 같다.

변수는 하나의 값을 저장하기 위해 확보한 메모리 공간 자체 또는 그 메모리 공간을 식별하기 위해 붙인 이름을 말한다.

앞서 살펴본 코드를 변수를 사용해 다시 작성해보자

var result = 10 + 20;

10 + 20은 연산을 통해 새로운 값 30을 생성한다. 이때 메모리 공간에 저장된 값 30을 다시 읽어 들여 재사용할 수 있도록 값이 저장된 메모리 공간에 상징적인 이름을 붙인 것이 바로 변수이다.

메모리 공간에 저장된 값을 식별할 수 있는 고유한 이름(result)을 변수 이름(또는 변수명)이라고 한다. 
그리고 변수에 저장된 값(30)을 변수 값이라고 한다.

변수에 값을 저장하는 것을 할당(assignment)(대입, 저장) 이라 하고, 변수에 저장된 값을 읽어 들이는 것을 참조(reference)라 한다.

변수 이름은 사람을 위해 사람이 이해할 수 있는 언어로 값이 저장된 메모리 공간에 붙인 상징적인 이름이다. 변수 이름을 사용해 참조를 요청하면 자바스크립트 엔진은 변수 이름과 매핑된 메모리 주소를 통해 메모리 공간에 접근해서 저장된 값을 반환한다.

식별자

변수 이름을 식별자(identifier) 라고도 한다. 식별자는 어떤 값을 구별해서 식별할 수 있는 고유한 이름을 말한다. 그림에서 식별자 result는 값 30을 식별할 수 있었다. 이를 위해 식별자 result는 값 30이 저장되어 있는 메모리 주소 0x0669F913을 기억해야 한다. 즉, 식별자는 값이 저장되어 있는 메모리 주소와 매핑 관계를 맺으며, 이 매핑 정보도 메모리에 저장되어야 한다.

이처럼 식별자는 값이 아니라 메모리 주소를 기억하고 있다. 식별자라는 용어는 변수 이름에만 국한해서 사용하지 않는다. 예를 들어, 변수, 함수, 클래스 등의 이름은 모두 식별자다. 식별자인 변수 이름으로는 메모리 상에 존재하는 변수 값을 식별할 수 있고, 함수 이름으로는 메모리 상에 존재하는 함수를 식별할 수 있다. 즉, 메모리 상에 존재하는 어떤 값을 식별할 수 있는 이름은 모두 식별자라고 부른다.

변수, 함수, 클래스 등의 이름과 같은 식별자는 네이밍 규칙을 준수해야 하며, 선언(declaration)에 의해 자바스크립트 엔진에 식별자의 존재를 알린다.

변수 선언

변수 선언이란 변수를 생성하는 것을 말한다. 좀 더 자세히 말하면 값을 저장하기 위한 메모리 공간을 확보하고 변수 이름과 확보된 메모리 공간의 주소를 연결해서 값을 저장할 수 있게 준비하는 것이다. 변수를 사용하려면 반드시 선언이 필요하다. 변수를 선언할 때는 var, let, const 키워드를 사용한다. ES6에서 let, const 키워드가 도입되기 이전까지 var 키워드는 자바스크립트에서 변수를 선언할 수 있는 유일한 키워드였다.

아직 살펴보지 않았지만 var 키워드는 여러 단점이 있다. var 키워드의 여러 단점 중에서 가장 대표적인 것이 블록 레벨 스코프를 지원하지 않고 함수 레벨 스코프를 지원한다는 것이다. 이로 인해 의도치 않게 전역 변수가 선언되어 심각한 부작용이 발생하기도 한다. (이를 막기 위해 클로저라는 개념이 도입되었다)

키워드

var score;

var 키워드는 뒤에 오는 변수 이름을 새로운 변수를 선언할 것을 지시하는 키워드이다. 키워드는 자바스크립트 코드를 해석하고 실행하는 자바스크립트 엔진이 수행할 동작을 규정한 일종의 명령어이다. 자바스크립트 엔진은 키워드를 만나면 자신이 수행해야 할 약속된 동작을 수행한다. 예를 들어, var 키워드를 만나면 자바스크립트 엔진은 뒤에 오는 변수 이름으로 새로운 변수를 선언한다.

변수를 선언한 이후, 아직 변수에 값을 할당하지 않았다. 따라서 변수 선언에 의해 확보된 메모리 공간은 비어 있을 것으로 생각할 수 있으나 확보된 메모리 공간에는 자바스크립트 엔진에 의해 undefined라는 값이 암묵적으로 할당되어 초기화된다. 이것이 자바스크립트의 독특한 특징이다.

자바스크립트 엔진은 변수 선언을 다음과 같은 2단계에 거쳐 수행한다.

선언 단계: 변수 이름을 등록해서 자바스크립트 엔진에 변수의 존재를 알린다.
초기화 단계: 값을 저장하기 위한 메모리 공간을 확보하고 암묵적으로 undefined를 할당해 초기화한다.

변수 이름은 어디에 등록되는가?

변수 이름을 비롯한 모든 식별자는 실행 컨텍스트에 등록된다. 실행 컨텍스트는 자바스크립트 엔진이 소스코드를 평가하고 실행하기 위해 필요한 환경을 제공하고 코드와 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다. 자바스크립트 엔진은 실행 컨텍스트를 통해 식별자와 스코프를 관리한다.

var 키워드를 사용한 변수 선언은 선언 단계와 초기화 단계가 동시에 진행된다. var score;는 선언 단계를 통해 실행 컨텍스트에 변수 이름 score를 등록하고, 초기화 단계를 통해 score 변수에 암묵적으로 undefined를 할당해 초기화한다.

일반적으로 초기화(initialization)란 변수가 선언된 이후 최초로 값을 할당하는 것을 말한다. 만약 초기화 단계를 거치지 않으면 확보된 메모리 공간에는 이전에 다른 애플리케이션이 사용했던 값이 남아 있을 수 있다. 이러한 값을 쓰레기 값(garbage value) 이라 한다. 따라서 메모리 공간을 확보한 다음, 값을 할당하지 않은 상태에서 곧바로 변수 값을 참조하면 쓰레기 값이 나올 수 있다. 자바스크립트의 var 키워드는 암묵적으로 초기화를 수행하므로 이러한 위험으로부터 안전하다.

변수 선언의 실행 시점과 변수 호이스팅

다음 문장을 살펴보자

console.log(score); // undefined;

var score; // 변수 선언문

변수 선언문보다 변수를 참조하는 코드가 앞에 있다 자바스크립트 코드는 인터프리터에 의해 한 줄씩 순차적으로 실행되므로 console.log(score);가 가장 먼저 실행되고 순차적으로 다음 줄에 있는 코드를 실행한다. 따라서 console.log(score);가 실행되는 시점에는 아직 score 변수의 선언이 실행되지 않았으므로 참조 에러(Reference Error)가 발생할 것처럼 보인다. 하지만 참조 에러가 발생하지 않고 undefined가 출력된다. 그 이유는 변수 선언이 소스코드가 한 줄씩 순차적으로 실행되는 시점, 즉 런타임이 아니라 그 이전 단께에서 먼저 실행되기 때문이다.

자바스크립트 엔진은 소스코드를 한 줄씩 순차적으로 실행하기에 앞서 먼저 소스코드의 평가 과정을 거치면서 소스코드를 실행하기 위한 준비를 한다. 이때 소스코드 실행을 위한 평가 과정에서 자바스크립트 엔진은 변수 선언을 포함한 모든 선언문(변수 선언문, 함수 선언문 등)을 소스코드에서 찾아내 먼저 실행한다. 그리고 소스코드의 평가 과정이 끝나면 비로소 변수 선언문은을 포함한 모든 선언문을 제외하고 소스코드를 한 줄씩 순차적으로 실행한다.

REPL (Read Eval Print Loop) 단계를 거친다.

즉, js 엔진은 변수 선언(을 포함한 모든 선언문)이 소스코드의 어디에 있든 상관없이 다른 코드보다 먼저 실행한다. 따라서 변수 선언이 소스코드의 어디에 위치하던지와 상관없이 어디서든지 변수를 참조할 수 있다. 이러한 특징을 변수 호이스팅이라 한다.

사실 변수 선언뿐 아니라 var, let, const, function, function*, class 키워드를 사용해서 선언하는 모든 식별자(변수, 함수, 클래스 등)는 호이스팅된다. 모든 선언문은 런타임 이전 단계에서 먼저 실행되기 때문이다.

값의 할당

변수에 값을 할당 assignment(대입, 저장)할 때는 할당 연산자 = 를 사용한다. 할당 연산자는 우변의 값을 좌변의 변수에 할당한다.

var score; // var 키워드를 통해 변수 score 선언
score = 80; // score 변수에 값 80 할당

var score = 80; // 변수를 선언과 값의 할당
// 하지만 js 엔진에 의해 평가과정과 실행과정이 나눠져있기 때문에 변수의 선언과 값의 할당을 2개의 문으로 나누어 각각 실행한다

변수 선언과 값의 할당을 2개의 문으로 나누어 표현한 코드와 변수 선언과 값의 할당을 하나의 문으로 단축 표현한 코드는 정확히 동일하게 동작한다. 즉, js 엔진은 변수 선언과 값의 할당을 하나의 문으로 단축 표현해도 변수 선언과 값의 할당을 2개의 문으로 나누어 각각 실행한다. 이때 주의할 점은 변수 선언과 값의 할당의 실행 시점이 다르다는 것이다. 변수 선언은 소스코드가 순차적으로 실행되는 시점인 '런타임' 이전에 먼저 실행되지만 값의 할당은 소스코드가 순차적으로 실행되는 시점인 '런타임'에 실행된다.

변수의 선언과 값의 할당을 하나의 문장으로 단축 표현해도 자바스크립트 엔진은 변수의 선언과 값의 할당을 2개의 문으로 나누어 각각 실행한다. 따라서 변수에 undefined가 할당되어 초기화되는 것은 변함이 없다.

그림처럼 변수에 값을 할당하고 재 할당할 때는 이전 값 undefined가 저장되어 있던 메모리 공간을 지우고 그 메모리 공간에 할당 값 80을 새롭게 저장하는 것이 아니라 새로운 메모리 공간을 확보하고 그곳에 할당 값 80을 저장한다는 점에 주의하자

이러한 불필요한 값들은 가비지 콜렉터에 의해 메모리에서 자동 해제된다. 단, 메모리에서 언제 해제될지는 예측할 수 없다.

가비지 콜렉터

가비지 콜렉터는 애플리케이션이 할당한 메모리 공간을 주기적으로 검사하여 더 이상 사용되지 않는 메모리를 해제하는 기능을 말한다.

더 이상 사용되지 않는 메모미란 간단히 말하자면 어떤 식별자도 참조하지 않는 메모리 공간을 의미한다.

자바스크립트는 가비지 콜렉터를 내장하고 있는 매니지드 언어로서 가비지 콜렉터를 통해 메모리 누수를 방지한다.

식별자 네이밍 규칙

식별자는 특수문자를 제외한 문자, 숫자, 언더스코어(_), 달러 기호($)를 포함할 수 있다.
단 식별자는 특수문자를 제외한 문자, 언더스코어(_), 달러 기호로 시작해야 한다. 숫자로 시작하는 것은 허용하지 않는다.

네이밍 컨벤션

네이밍 컨벤션은 하나 이상의 영어 단어로 구성된 식별자를 만들 때 가독성 좋게 단어를 한눈에 구분하기 위해 규정한 명명 규칙이다.

// 카멜 케이스 (camelCase)
var firstName;

// 스네이크 케이스 (snake_case)
var first_name;

// 파스칼 케이스 (PascalCase)
var FirstName;

// 헝가리언 케이스 (typeHungarianCase)
var strFirstName; // type + identifier
var $elem = document.getElementById("myId"); // DOM 노드
var observable$ = fromEvent(document, "click"); // RxJS 옵저버블

ECMAScript 사양에 정의되어 있는 객체와 함수들도 카멜 케이스와 파스칼 케이스를 사용하고 있다. 따라서 코드 전체의 가독성을 높이려면 카멜 케이스와 파스칼 케이스를 따르는 것이 유리하다.