함수 (12)

늘보·2021년 7월 9일

Javascript Deep Dive

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함수란?

함수는 JS에서 가장 중요한 핵심 개념이다.
또 다른 JS의 핵심 개념인 스코프, 실행 컨텍스트, 클로저, 생성자 함수에 의한 객체 생성, 메서드, this, 프로토타입, 모듈화 등이 모두 함수와 깊은 관련이 있다.

// f(x, y) = x + y
function add(x, y) {
  return x + y;
}

// f(2, 5) = 7
add(2, 5); // 7

함수 리터럴

// 함수 호출
var result = add(2, 5);

// 함수 add에 인수 2, 5를 전달하면서 호출하면 반환값 7을 반환한다.
console.log(result); // 7

위 예제를 보면 함수 리터럴을 변수에 할당하고 있다. 전에 살펴봤듯이, 리터럴은 사람이 이해할 수 있는 문자 또는 약속된 기호를 사용해 값을 생성하는 표기 방식을 말한다.
따라서 함수 리터럴도 평가되어 값을 생성하며, 이 값은 객체다. 즉, 함수는 객체다.
함수는 객체지만 일반 객체와는 다르다. 일반 객체는 호출할 수 없지만 함수는 호출할 수 있다.
그리고 일반 객체에는 없는 함수 객체만의 고유한 프로퍼티를 가진다.
함수가 객체라는 사실은 다른 프로그래밍 언어와는 구별되는 JS의 중요한 특징이다.

JS의 함수 정의 방식

총 4가지로 나뉜다. 모든 정의 방식은 함수를 정의한다는 면에서 동일하지만, 약간이지만 중요한 차이가 있다.

함수 선언문
함수 표현식
Function 생성자 함수
화살표 함수(ES6)

함수 선언문

// 함수 선언문
function add(x, y) {
  return x + y;
}

// 함수 참조
// console.dir은 console.log와는 달리 함수 객체의 프로퍼티까지 출력한다.
// 단, Node.js 환경에서는 console.log와 같은 결과가 출력된다.
console.dir(add); // ƒ add(x, y)

// 함수 호출
console.log(add(2, 5)); // 7

함수 선언문은 함수 리터럴과 형태가 동일하다. 단, 함수 리터럴은 함수 이름을 생략할 수 있으나 함수 선언문은 함수 이름을 생략할 수 없다.

// 함수 선언문은 함수 이름을 생략할 수 없다.
function (x, y) {
  return x + y;
}
// SyntaxError: Function statements require a function name

함수 선언문은 표현식이 아니라 문이다.
크롬 개발자 도구에서 함수 선언문을 실행하면 완료 값이 undefined가 출력된다는 것으로 알 수 있다.
이전에 보았듯이 표현식이 아닌 문은 변수에 할당할 수 없다. 함수 선언문도 표현식이 아닌 문이므로 변수에 할당할 수 없다.
하지만 다음 예제를 실행해보면 함수 선언문이 변수에 할당되는 것처럼 보인다.

// 함수 선언문은 표현식이 아닌 문이므로 변수에 할당할 수 없다.
// 하지만 함수 선언문이 변수에 할당되는 것처럼 보인다.
var add = function add(x, y) {
  return x + y;
};

// 함수 호출
console.log(add(2, 5)); // 7

이렇게 동작하는 이유는 JS엔진이 코드 문맥에 따라 동일한 함수 리터럴을

표현식이 아닌 문인 함수 선언문으로 해석하는 경우와
표현식인 문인 함수 리터럴 표현식으로 해석하는 경우가 있기 때문이다.

ex) {}는 블록문일 수도 있고 객체 리터럴일 수도 있다. 즉, {}는 중의적 표현이다.

JS 엔진은 코드의 문맥에 따라 해석이 달라진다.
{}이 단독으로 존재하면 JS 엔진은 {}를 블록문으로 해석한다. 하지만 {}값이 평가되어야 할 문맥(ex: 할당 연산자의 우변)에서 피연산자로 사용되면 JS 엔진은 {}를 객체 리터럴로 해석한다.
이처럼 동일한 코드도 문맥에 따라 해석이 달라질 수 있다.

기명함수 리터럴 또한 중의적 코드다.

// 기명 함수 리터럴을 단독으로 사용하면 함수 선언문으로 해석된다.
// 함수 선언문에서는 함수 이름을 생략할 수 없다.
function foo() { console.log('foo'); }
foo(); // foo

// 함수 리터럴을 피연산자로 사용하면 함수 선언문이 아니라 함수 리터럴 표현식으로 해석된다.
// 함수 리터럴에서는 함수 이름을 생략할 수 있다.
(function bar() { console.log('bar'); });
bar(); // ReferenceError: bar is not defined

위 예제에서 단독으로 사용된 함수 리터럴(foo)는 함수 선언문으로 해석된다.
하지만 그룹 연산자 내에 있는 함수 리터럴(bar)는 함수 선언문으로 해석되지 않고, 함수 리터럴 표현식으로 해석된다.
그룹 연산자의 피연산자는 값으로 평가될 수 있는 표현식이어야 한다. 따라서 표현식이 아닌 문인 함수 선언문은 피연산자로 사용할 수 없다.

함수 선언문과 함수 리터럴 표현식은 호출에 차이가 있다.

이 부분은 그림이 없으면 설명하기 힘들 듯 하다. 책 p.161~162를 참조하도록 하자.
결론부터 말하면, 위 예제 함수 선언문에서 나오는 foo는 JS 엔진이 암묵적으로 생성한 식별자다.
해당 선언문의 함수 이름은 함수 몸체 내부에서만 유효한 식별자이므로 함수 이름과는 별도로 함수 객체를 가리키는 식별자가 필요하다. 함수 객체를 가리키는 식별자가 없으면 참조할 수 없으므로 호출할 수도 없다. 따라서 JS엔진은 생성된 함수를 호출하기 위해 함수 이름과 동일한 이름의 식별자를 암묵적으로 생성하고, 거기에 함수 객체를 할당한다.
지금까지 살펴본 함수 선언문을 pseudo code로 표현하면 다음과 같다.

var add = function add(x, y) {
  return x + y;
};

console.log(add(2, 5)); // 7

함수는 함수 이름으로 호출하는 것이 아니라 함수 객체를 가리키는 식별자로 호출한다.

결론적으로, JS엔진은 함수 선언문을 함수 표현식으로 변환해 함수 객체를 생성한다고 볼 수 있다. 단, 함수 선언문과 함수 표현식이 정확히 동일하게 동작하는 것은 아니다.

함수 표현식

앞서 언급했듯이 JS의 함수는 객체 타입의 값이다.
이처럼 값의 성질을 가지는 객체를 일급 객체라고 하는데, JS의 함수는 일급 객체다.
함수가 일급 객체라는 것은 함수를 값처럼 자유롭게 사용할 수 있다는 의미다.
함수는 일급 객체미으로 함수 리터럴로 생성한 함수 자체를 변수에 할당할 수 있다. 이러한 함수 정의 방식을 함수 표현식이라고 한다.
함수 선언문으로 정의한 add 함수를 함수 표현식으로 바꿔서 정의하면 다음과 같다.

// 함수 표현식
var add = function (x, y) {
  return x + y;
};

console.log(add(2, 5)); // 7

함수 리터럴의 함수 이름은 생략할 수 있다. 이러한 함수를 익명 함수라고 한다.
함수 표현식의 함수 리터럴은 일반적으로 함수 이름을 생략한다.

// 기명 함수 표현식
var add = function foo (x, y) {
  return x + y;
};

// 함수 객체를 가리키는 식별자로 호출
console.log(add(2, 5)); // 7

// 함수 이름으로 호출하면 ReferenceError가 발생한다.
// 함수 이름은 함수 몸체 내부에서만 유효한 식별자다.
console.log(foo(2, 5)); // ReferenceError: foo is not defined

함수 생성 시점과 함수 호이스팅

함수 선언문: 표현식이 아닌 문

함수 표현식: 표현식인 문

// 함수 참조
console.dir(add); // ƒ add(x, y)
console.dir(sub); // undefined

// 함수 호출
console.log(add(2, 5)); // 7
console.log(sub(2, 5)); // TypeError: sub is not a function

// 함수 선언문
function add(x, y) {
  return x + y;
}

// 함수 표현식
var sub = function (x, y) {
  return x - y;
};

위 예제를 간단히 요약하면, 함수 선언문은 뒤에 선언되었음에도 불구하고 정상적인 결과값을 가진다. 그에 반해 함수 표현식은 undefined를 반환한다.
함수 선언문이 코드의 맨 위로 끌어 올려진 것처럼 동작하는 JS 고유의 특징을 함수 호이스팅(function hoisting)이라고 한다.
함수 표현식은 함수 호이스팅이 아닌 '변수 호이스팅'이 발생하기 때문에 undefined를 반환한다.

Function 생성자 함수

Function 생성자 함수로 함수를 생성하는 방식은 일반적이지 않고, 바람직하지도 않다.
클로저 함수도 생성하지 않는 등, 함수 선언문이나 표현식으로 생성한 함수와 다르게 동작한다.

var add1 = (function () {
  var a = 10;
  return function (x, y) {
    return x + y + a;
  };
}());

console.log(add1(1, 2)); // 13

// Function 생성자 함수
var add2 = (function () {
  var a = 10;
  return new Function('x', 'y', 'return x + y + a;');
}());

console.log(add2(1, 2)); // ReferenceError: a is not defined

화살표 함수

ES6부터 도입된 화살표 함수는 항상 익명 함수로 정의한다.
화살표 함수는 기존의 함수 선언문 또는 함수 표현식을 완전히 대체하기 위해 디자인된 것은 아니다.

화살표 함수는 기존 함수와 this 바인딩 방식이 다르며, prototype 프로퍼티가 없으며, arguments 객체를 생성하지 않는다.

함수 호출

매개변수와 인수

함수는 매개변수의 개수와 인수의 개수가 일치하는지 체크하지 않는다.
즉, 함수를 호출할 때 매개변수의 개수만큼 인수를 전달하는 것이 일반적이지만 그렇지 않은 경우에도 에러가 발생하지는 않는다. 인수가 부족해서 인수가 할당되지 않은 매개변수의 값은 undefined다.

function add(x, y) {
  return x + y;
}

console.log(add(2)); // NaN

매개변수는 함수 몸체 내부에서 변수와 동일하게 취급된다.
즉, 함수가 호출되며 함수 몸체 내에서 암묵적으로 매개변수가 생성되고 일반 변수와 마찬가지로 undefined로 초기화된 이후 인수가 순서대로 할당된다.
따라서 위 예제는 2 + undefined = Nan이라는 의미이다.

function add(x, y) {
  return x + y;
}

console.log(add(2, 5, 10)); // 7

매개변수보다 인수가 더 많은 경우 초과된 인수는 무시된다.
사실 초과된 인수가 그냥 버려지는 것은 아니다. 모든 인수는 암묵적으로 arguments 객체의 프로퍼티로 보관된다.

function add(x, y) {
  console.log(arguments);
  // Arguments(3) [2, 5, 10, callee: ƒ, Symbol(Symbol.iterator): ƒ]

  return x + y;
}

add(2, 5, 10);

arguments 객체는 함수를 정의할 때 매개변수 개수를 확정할 수 없는 가변 인자 함수를 구현할 때 유용하게 사용된다. 이에 대해서는 18장 "arguments 프로퍼티" 에서 자세히 살펴보자.

인수확인

function add(x, y) {
  if (typeof x !== 'number' || typeof y !== 'number') {
    // 매개변수를 통해 전달된 인수의 타입이 부적절한 경우 에러를 발생시킨다.
    throw new TypeError('인수는 모두 숫자 값이어야 합니다.');
  }

  return x + y;
}

console.log(add(2));        // TypeError: 인수는 모두 숫자 값이어야 합니다.
console.log(add('a', 'b')); // TypeError: 인수는 모두 숫자 값이어야 합니다.


// 단축 평가를 통한 매개변수에 기본값 할당하기
function add(a, b, c) {
  a = a || 0;
  b = b || 0;
  c = c || 0;
  return a + b + c;
}

console.log(add(1, 2, 3)); // 6
console.log(add(1, 2)); // 3
console.log(add(1)); // 1
console.log(add()); // 0

이런 인수 확인 Typescript를 쓰는 요인 중 하나라고 볼 수 있다.

function add(a = 0, b = 0, c = 0) {
  return a + b + c;
}

console.log(add(1, 2, 3)); // 6
console.log(add(1, 2)); // 3
console.log(add(1)); // 1
console.log(add()); // 0

es6에 도입된 매개변수 기본값을 사용하면 인수체크 및 초기화를 간소화할 수 있다.
매개변수 기본값은 매개변수에 인수를 전달하지 않았을 경우와 undefined를 전달한 경우에만 유효하다.

매개변수의 최대 개수

매개변수는 최대 3개 이상을 넘지 않을 것을 권장한다.
이상적인 함수는 한 가지 일만 해야 하며 가급적 작게 만들어야 한다.

만약 그 이상의 매개변수가 필요하다면 하나의 매개변수를 선언하고 객체를 인수로 전달하는 것이 유리하다.

참조에 의한 전달과 외부 상태의 변경

// 매개변수 primitive는 원시값을 전달받고, 매개변수 obj는 객체를 전달받는다.
function changeVal(primitive, obj) {
  primitive += 100;
  obj.name = 'Kim';
}

// 외부 상태
var num = 100;
var person = { name: 'Lee' };

console.log(num); // 100
console.log(person); // {name: "Lee"}

// 원시값은 값 자체가 복사되어 전달되고 객체는 참조값이 복사되어 전달된다.
changeVal(num, person);

// 원시값은 원본이 훼손되지 않는다.
console.log(num); // 100

// 객체는 원본이 훼손된다.
console.log(person); // {name: "Kim"}

원시 타입 인수는 변하지 않은 반면, 객체 타입 인수는 원본 객체가 변경되는 부수효과가 발생하였다.
이러한 부수효과를 방지하기 위해서는 여러 방법이 있는데, 그 중 하나가 객체를 불변 객체로 만들어 사용하는 방법이다.

불변 객체: 객체를 마치 원시 값처럼 변경 불가능한 값으로 동작하게 만드는 것이다.

이를 통해 객체의 상태변경을 막고 객체의 상태 변경이 필요한 경우에는 깊은 복사를 통해 새로운 객체를 생성하고 재할당을 통해 교체한다. 이를 통해 외부 상태가 변경되는 부수효과를 없앨 수 있다.
외부 상태를 변경하지 않고 외부 상태에 의존하지도 않는 함수를 순수 함수라고 한다.
순수 함수를 통해 부수 효과를 최대한 억제하여 오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이려는 프로그래밍 패러다임을 함수형 프로그래밍이라 한다. 이에 대해서는 이후에 살펴보자.

콜백 함수

// n만큼 어떤 일을 반복한다
function repeat(n) {
  // i를 출력한다.
  for (var i = 0; i < n; i++) console.log(i);
}

repeat(5); // 0 1 2 3 4

repeat함수는 매개변수를 통해 전달받은 숫자만큼 반복하며 console.log(i)를 호출한다.
이 때 repeat함수는 console.log(i)에 강하게 의존하고 있어 다른 일을 할 수 없다. 따라서 만약 repeat 함수의 반복문 내부에서 다른 일을 하고 싶다면 함수를 새롭게 정의해야 한다.

// n만큼 어떤 일을 반복한다
function repeat1(n) {
  // i를 출력한다.
  for (var i = 0; i < n; i++) console.log(i);
}

repeat1(5); // 0 1 2 3 4

// n만큼 어떤 일을 반복한다
function repeat2(n) {
  for (var i = 0; i < n; i++) {
    // i가 홀수일 때만 출력한다.
    if (i % 2) console.log(i);
  }
}

repeat2(5); // 1 3

위 예제의 함수들은 반복하는 일은 변하지 않고 공통적으로 수행하지만 반복하면서 하는 일의 내용은 다르다.
즉, 함수의 일부분만이 다르기 때문에 매번 함수를 새롭게 정의해야만 한다.
이 문제는 함수를 합성하는 것으로 해결할 수 있는데, 함수의 변하지 않는 공통 로직은 미리 정의해 두고, 경우에 따라 변경되는 로직은 추상화해서 함수 외부에서 함수 내부로 전달하는 것이다.

// 외부에서 전달받은 f를 n만큼 반복 호출한다
function repeat(n, f) {
  for (var i = 0; i < n; i++) {
    f(i); // i를 전달하면서 f를 호출
  }
}

var logAll = function (i) {
  console.log(i);
};

// 반복 호출할 함수를 인수로 전달한다.
repeat(5, logAll); // 0 1 2 3 4

var logOdds = function (i) {
  if (i % 2) console.log(i);
};

// 반복 호출할 함수를 인수로 전달한다.
repeat(5, logOdds); // 1 3

위 repeat 함수는 경우에 따라 변경되는 일을 함수 f로 추상화했고 이를 외부에서 전달바든다. JS의 함수는 일급 객체이므로 함수의 매개변수를 통해 함수를 전달할 수 있다.
repeat 함수는 더 이상 내부 로직에 강력히 의존하지 않고 외부에서 로직의 일부분을 함수로 전달받아 수행하므로 더 유연한 구조를 갖게 되었다.

이처럼 함수의 매개변수를 통해 다른 함수의 내부로 전달되는 함수를 콜백함수(callback function)라고 하며, 매개변수를 통해 함수의 외부에서 콜백 함수를 전달받은 함수를 고차 함수(Higher-Order Function)라고 한다.

고차 함수는 콜백 함수를 자신의 일부분으로 합성한다.
콜백 함수는 함수형 프로그래밍 패러다임뿐만 아니라 비동기 처리(이벤트 처리, Ajax 통신, 타이머 함수 등)에 활용되는 중요한 패턴이다.

// 콜백 함수를 사용한 이벤트 처리
// myButton 버튼을 클릭하면 콜백 함수를 실행한다.
document.getElementById('myButton').addEventListener('click', function () {
  console.log('button clicked!');
});

// 콜백 함수를 사용한 비동기 처리
// 1초 후에 메시지를 출력한다.
setTimeout(function () {
  console.log('1초 경과');
}, 1000);

// 콜백 함수를 사용하는 고차 함수 map
var res = [1, 2, 3].map(function (item) {
  return item * 2;
});

console.log(res); // [2, 4, 6]

// 콜백 함수를 사용하는 고차 함수 filter
res = [1, 2, 3].filter(function (item) {
  return item % 2;
});

console.log(res); // [1, 3]

// 콜백 함수를 사용하는 고차 함수 reduce
res = [1, 2, 3].reduce(function (acc, cur) {
  return acc + cur;
}, 0);

console.log(res); // 6

콜백 함수는 비동기 처리뿐 아니라 배열 고차함수에서도 사용된다.
JS 배열은 사용 빈도가 매우 높은 자료구조이고 배열을 다룰 때 배열 고차 함수는 매우 중요하다. 이에 대해서는 나중에 27장에서 자세히 알아보자.

순수함수와 비순수 함수

순수 함수: 부수 효과가 없는 함수
비순수 함수: 부수 효과가 있는 함수

순수 함수는 어떤 외부 상태에도 의존하지 않고 오직 매개변수를 통해 함수 내부로 전달된 인수에게만 의존해 반환값을 만든다.
순수 함수의 또 다른 특징은 외부 상태를 변경하지 않는다는 것이다.

var count = 0; // 현재 카운트를 나타내는 상태

// 순수 함수 increase는 동일한 인수가 전달되면 언제나 동일한 값을 반환한다.
function increase(n) {
  return ++n;
}

// 순수 함수가 반환한 결과값을 변수에 재할당해서 상태를 변경
count = increase(count);
console.log(count); // 1

count = increase(count);
console.log(count); // 2

반대로 함수의 외부 상태에 따라 반환값이 달라지는 함수, 다시 말해 외부 상태에 의존하는 함수를 비순수 함수라고 한다.
비순수 함수의 또 다른 특징은 함수의 외부 상태를 변경하는 부수 효과가 있다는 것이다.

var count = 0; // 현재 카운트를 나타내는 상태: increase 함수에 의해 변화한다.

// 비순수 함수
function increase() {
  return ++count; // 외부 상태에 의존하며 외부 상태를 변경한다.
}

// 비순수 함수는 외부 상태(count)를 변경하므로 상태 변화를 추적하기 어려워진다.
increase();
console.log(count); // 1

increase();
console.log(count); // 2

함수가 외부 상태를 변경하면 상태변화 추적이 어려워진다.
따라서 함수 외부 상태의 변경을 지양하는 순수 함수를 사용하는 것이 좋다. (side effect 억제)

함수형 프로그래밍은 결국 순수 함수를 통해 부수효과를 최대한 억제해 프로그램의 안정성을 높이려는 노력의 일환이라고 볼 수 있다. JS는 멀티 패러다임 언어이므로 객체지향 프로그래밍뿐만 아니라 함수형 프로그래밍을 적극적으로 활용하고 있다.

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함수 선언문

함수 표현식

함수 생성 시점과 함수 호이스팅

Function 생성자 함수

화살표 함수

함수 호출

매개변수와 인수

인수확인

매개변수의 최대 개수

참조에 의한 전달과 외부 상태의 변경

콜백 함수

순수함수와 비순수 함수

원시 값과 객체의 비교 (11)

스코프 (13)

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