프로토타입

김민수·2023년 10월 29일
모던 자바스크립트 Deep Dive
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자바스크립트는 명령형, 함수형, 프로토타입 기반, 객체지향 프로그래밍을 지원하는
멀티 패러다임 프로그래밍 언어다.

자바스크립트를 이루고 있는 거의 "모든 것"이 객체다


1. 객체지향 프로그래밍

객체지향 프로그래밍 : 객체의 상태를 나타내는 데이터와 상태 데이터를 조작할 수 있는 동작을 하나의 논리적인 단위로 묶어 생각한다.
따라서 객체는 상태 데이터와 동작을 하나의 논리적인 단위로 묶은 복잡적인 자료구조라고 할 수 있다.
이때 객체의 상태 데이터를 프로퍼티, 동작을 메서드라고 부른다.


2. 상속과 프로토타입

상속 : 어떤 객체의 프로퍼티 또는 메서드를 다른 객체가 상속받아 그대로 사용할 수 있는 것

  • 생성자 함수가 동일한 프로퍼티 구조를 갖는 객체를 여러 개 생성할 때 유용하다.

자바스크립트는 프로토타입을 기반으로 상속을 구현한다. (쓸까 싶었지만, 회사에서 쓰는거 한번 봤다..!)

function testFunc(num){
  this.num = num;
}

testFunc.prototype.getNum = function(){
	return this.num
}

const test1 = new testFunc();
const test2 = new testFunc();

상속은 코드의 재사용이란 관점에서 매우 유용!


3. 프로토타입 객체

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

  • 모든 객체는 [[Prototype]]이라는 내부 슬롯을 가지며, 이 내부 슬롯의 값은 프로토타입의 참조 (null인 경우도 있다)다.
  • 모든 객체는 하나의 프로토타입을 갖는다. 그리고 모든 프로토타입은 생성자 함수와 연결되어 있다.

__proto__

  • __proto__는 접근자 프로퍼티다.
    • 간접적으로 [[Prototype]] 내부 슬롯의 값, 즉 프로토타입에 접근할 수 있다.
  • __proto__는 상속을 통해 사용된다.
    • 객체가 직접 소유하는 프로퍼티가 아니라 Object.prototype의 프로퍼티다.
  • __proto__를 통해 프로토타입에 접근하는 이유
    • 프로토타입 체인은 단방향 링크드 리스트로 구현되어야 한다.
    • 순환 참조하는게 프로토타입 체인이 만들어지면 프로토타입 체인 종점이 존재하지 않고, 무한 루프에 빠질 수 있다.
  • __proto__ 접근자 프로퍼티를 코드 내에서 직접 사용하는 것은 권장하지 않는다.
    • 모든 객체가 proto 접근자 프로퍼티를 사용할 수 있는 것은 아니기 때문이다.
    • Object.getPrototypeOf , Object.setPrototypeOf 사용 권장

함수 객체의 prototype 프로퍼티

구분소유값사용 주체사용 목적
__proto__접근자 프로퍼티모든 객체프로토타입의 참조모든 객체객체 자신의 프로토타입에 접근 또는 교체하기 위해 사용
prototype 프로퍼티constructor프로토타입의 참조생성자 함수생성자 함수가 생성할 객체(인스턴스)의 프로토타입을 할당하기 위해 사용
  • Object.prototype으로 부터 상속받은 __proto__ 접근자 프로퍼티와
    함수 객체만이 가지고 있는 prototype 프로퍼티는 결국 동일한 프로토타입을 가리킨다.
  • 프로퍼티를 사용하는 주체가 다르다.
function Foo() {}

const fooInstance = new Foo();
console.log(fooInstance.__proto__ === Foo.prototype); // true

Foo.prototype = { newPrototypeProp: 123 };
console.log(fooInstance.__proto__ === Foo.prototype); // false

프로토타입의 constructor 프로퍼티와 생성자 함수

모든 프로토타입은 constructor 프로퍼티를 갖는다.

function Test(num){
	this.num = num;
}
const test1 = new Test(1);
console.log(test1.constructor === Test) // true

4. 리터럴 표기법에 의해 생성된 객체의 생성자 함수와 프로토타입

// obj 객체는 Object 생성자 함수로 생성한 객체가 아니라 객체 리터럴로 생성했다.
const obj = {};

// 하지만 obj 객체의 생성자 함수는 Object 생성자 함수다.
console.log(obj.constructor === Object); // true

  • Object 생성자 함수에 인수를 전달하지 않거나 undefined 또는 null을 인수로 전달하면서 호출하면 Object.prototype을 프로토타입으로 갖는 빈 객체를 생성한다. (추상연산 OrdinaryObjectCCreate)

  • 객체 리터럴이 평가될 때는 빈 객체를 생성하고 프로퍼티를 추가하도록 되어있는데, 이점은 생성자 함수와 동일하지만 new.target의 확인이나 프로퍼티 추가하는 처리 세부 내용이 다기 때문에 객체리터럴은 Object생성자 함수가 생성한 객체가 아니다.

  • 리터럴로 생성된 객체도 상속을 위해 프로토타입이 필요하기 때문에 가상적인 생성자 함수를 갖는다. 프로토타입은 생성자 함수와 더불어 생성되며 prototype, constructor 프로퍼티에 의해 연결되어 있기 때문이다.
    => 프로토타입과 생성자함수는 단독으로 존재할 수 없고 언제나 쌍으로 존재한다.


5. 프로토타입의 생성 시점

프로토타입은 생성자 함수가 생성되는 시점에 더불어 생산된다.

사용자 정의 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

  • constructor는 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점에 프로토타입도 더불어 생산된다.
  • non-constructor는 프로토타입 생성 안된다.
console.log(Person.prototype) // {constructor: f}
function Person(name){
	this.name = numname
}

빌트인 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

  • 빌트인 생성자 함수가 생성되는 시점에 프로토타입이 생성된다.
  • 모든 빌트인 생성자 함수는 전역 객체가 생성되는 시점에 생성된다.(window, ...등)

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

console.log(window.object === Object) // true


6. 객체 생성 방식과 프로토타입의 결정

객체 생성 방법

  • 객체 리터럴
  • Object 생성자 함수
  • 생성자 함수
  • Object.create 메서드
  • 클래스(ES6)

방식마다 세부적인 객체 생성 방식의 차이는 있으나,
추상 연산 OrdinaryObjectCreate에 의해 생성된다는 공통점이 있다.

프로토타입은 추상 연산 OrdinaryObjectCreate에 전달되는 인수에 의해 결정된다.
이 인수는 객체가 생성되는 시점에 의해 결정된다.

객체 리터럴에 의해 생성된 객체의 프로토타입

const obj = {x: 1};

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

  • Object.prototype을 프로토타입을 갖게 되고, 상속받는다.
  • 객체 리터럴 내부에 프로퍼티를 추가한다.

Object 생성자 함수에 의해 생성된 객체의 프로토타입

const obj = new Object();
obj.x = 1;

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

  • 일단 빈 객체를 생성한 이후 프로퍼티를 추가한다.

객체 리터럴과 Object 생성자 함수에 의한 객체 생성 방식의 차이 : 프로퍼티를 추가하는 방식

생성자 함수에 의해 생성된 객체의 프로토타입

function Person(name){ 
  this.name = name; 
} 

const me = new Person('Lee');

  • 추상 연산 OrdinaryObjectCreate 호출하고, 전달되는 프로토타입은 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩 되어 있는 객체다.
function Person(name){ 
  this.name = name; 
} 

Person.prototype.sayName = function () {
	console.log(${this.name});
}

const me = new Person('Lee'); 
me.sayName(); // 'Lee'

  • 프로토타입 Person.prototype에 프로퍼티를 추가하여 하위 객체가 상속을 받게 되었다.
    이렇게 추가/삭제된 프로퍼티는 프로토타입 체인에 즉각 반영된다.

7. 프로토타입 체인

function Person(name) {
  this.name = name;
}

Person.prototype.sayHello = function () {
  console.log(`Hi! My name is ${this.name}`);
};

const me = new Person('Lee');

console.log(me.hasOwnProperty('name')); // true
console.log(Object.getPrototypeOf(me) === Person.prototype); // true
console.log(Object.getPrototypeOf(Person.prototype) === Object.prototype); // true

프로토타입 체인 : 자바스크립트는 객체의 프로퍼티(메서드 포함)에 접근하려 할 때 해당 객체에 접근하려는 프로퍼티가 없다면 [[Prototype]] 내부 슬롯의 참조를 따라 자신의 부모 역할을 하는 프로토타입의 프로퍼티를 순차적으로 검색한다.

  • 프로토타입 체인의 최상위에 위치하는 객체는 언제나 Object.prototype이며, 모든 객체는 Object.prototype을 상속받는다.
  • Object.prototype의 프로토타입, 즉 [[Prototype]] 내부 슬롯의 값은 null이다.
  • 종점에서도 검색할 수 없는 경우, undefined를 반환하고, 에러가 발생하지 않는 것에 주의하자.

프로토타입 체인은 상속과 프로퍼티 검색을 위한 메커니즘
스코프 체인은 식별자 검색을 위한 메커니즘

=> 스코프 체인과 프로토타입 체인은 서로 협력하여 식별자와 프로퍼티를 검색하는 데 사용된다.


8. 오버라이딩과 프로퍼티 섀도잉

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

// 프로토타입 메서드
Person.prototype.sayHello = function () {
  console.log(`Hi! My name is ${this.name}`);
}

const me = new Person('Lee');

// 인스턴스 메서드
me.sayHello = function () {
  console.log(`Hey! My name is ${this.name}`);
}

me.sayHello(); // Hey! My name is Lee

delete me.sayHello
me.sayHello(); // Hi! My name is Lee

// 하위 객체를 통해 프로토타입에 get액세스는 허용되나, set 액세스는 호용되지 않는다.
// 프로토타입에 직접 접근해야한다.
delete me.sayHello 
me.sayHello(); // Hi! My name is Lee

  • 프로토타입 프로퍼티와 같은 이름의 프로퍼티를 인스턴스에 추가하면 인스턴스 프로퍼티로 추가된다.
  • sayHello는 프로토타입 메서드 sayHello를 오버라이딩 했고, 프로토타입 메서드 sayHello는 가려진다
    이처럼 상속 관계에 의해 프로퍼티가 가려지는 현상을 프로퍼티 섀도잉 이라 한다.

오버라이딩 : 상위 클래스가 가지고 있는 메서드를 하위 클래스가 재정의하여 사용하는 방식
오버로딩 : 함수의 이름은 동일하지만 매개변수의 타입 또는 개수가 다른 메서드를 구현하고 매개변수에 의해 메서드를 구별하여 호출하는 방식이다. 오버로딩을 지원하지 않지만, arguments 객체를 사용하여 구현할 수는 있다.


9. 프로토타입의 교체

프로토타입은 부모 객체인 프로토타입을 동적으로 변경할 수 있다.
이러한 특징을 활용하여 객체 간의 상속 관계를 동적으로 변경할 수 있다.

생성자 함수에 의한 프로토타입의 교체

function Person(name) {
  this.name = name; 
} 

Person.prototype = { 
  sayHello() { 
    console.log(`Hi! My name is ${this.name}`); 
  }
}; 

const me = new Person('Lee');

console.log(me.constructor === Person); // false
console.log(me.constructor === Object); // true

// 프로토타입으로 교체하면 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결이 파괴된다.

Person.prototype = { 
  constructor : Person, // 이것을 추가해줘야 한다.
  sayHello() { 
    console.log(`Hi! My name is ${this.name}`); 
  }
}; 

console.log(me.constructor === Person); // true
console.log(me.constructor === Object); // false

인스턴스에 의한 프로토타입의 교체

function Person(name){
    this.name = name;
}

const me = new Person('Lee');

const parent = {
    sayHello(){
        console.log(`Hi! my name is ${this.name}`)
    }
}

Object.setPrototypeOf(me, parent);
me.sayHello() // Hi! my name is Lee

console.log(me.constructor === Person); // false
console.log(me.constructor === Object); // true

// 또 Object로 바뀜

함수에 의한 교체와 인스턴스에 의한 교체

  • 프로토타입은 직접 교체하지 않는게 좋다. 추후 나올 직접 상속을 이용하거나 ES6에서 도입된 클래스를 사용해 간편하고 직관적으로 상속 관계를 구현할 수 있다.

10. instanceOf 연산자

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

function Person(name){
	this.name = name;
}

const me = new Person('Lee');

console.log(me instanceof Person) // true
console.log(me instanceof Object) // true

const parent = {};

Object.setPrototypeOf(me, parent);

console.log(Person.prototype === parent) // false
console.log(parent.constructor === parent) // false

// Person.prototype이 me 객체의 프로토타입 체인 상에 존재하지 않는다.
console.log(me instanceof Person) // false
console.log(me instanceof Object) // true

// 생성자 함수의 prototype에 바인딩된 객체가 프로토타입 체인 상에 존재하는지 확인한다.
Person.prototype = parent;

console.log(me instanceof Person) // true
console.log(me instanceof Object) // true

function isInstanceof(instance, constructor){
  const prototype = Object.getPrototypeOf(instance);
  if(prototype === null) return false;
  return prototype === constructor.prototype || isInstanceof(prototype, constructor);
}

console.log(isInstanceof(me, Person)); // true
console.log(isInstanceof(me, Object)); // true
console.log(isInstanceof(me, Array)); // false
  • 생성자 함수에 의해 프로토타입이 교체되어 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결이 파괴 되어도 생성자 함수의 prototype 프로퍼티와 프로토타입 간의 연결은 파괴되지 않으므로 instanceof는 아무런 영향을 받지 않는다.

11. 직접 상속

Object.create에 의한 직접 상속

Object.create : 명시적으로 프로토타입을 지정하여 새로운 객체를 생성한다.

/**
* 지정된 프로토타입 및 프로퍼티를 갖는 새로운 객체를 생성하여 반환한다.
* @param {Object} prototype - 생성할 객체의 프로토타입으로 지정할 객체
* @param {Object} [propertiesObject] - 생성할 객체의 프로퍼티를 갖는 객체
* @returns {Object} 지정된 프로토타입 및 프로퍼티를 갖는 새로운 객체
*/
Object.create(prototype[, propertiesObject])
  • new 연산자가 없이도 객체를 생성할 수 있다.
  • 프로토타입을 지정하면서 객체를 생성할 수 있다.
  • 객체 리터럴에 의해 생성된 객체도 상속받을 수 있다.

객체 리터럴 내부에서 __proto__에 의한 직접 상속

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


12. 정적 프로퍼티/메서드

정적 프로퍼티/메서드 : 생성자 함수로 인스턴스를 생성하지 않아도 참조/호출할 수 있는 프로퍼티/메서드를 말한다.

function Person(name) {
  this.name = name;
}

Person.staticProp = 'static prop'; 
Person.staticMethod = function () {
  console.log('staticMethod');
};

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


13. 프로퍼티 존재 확인

in 연산자

in 연산자 : 객체 내에 특정 프로퍼티가 존재하는지 여부를 확인한다.

const person = {name:'Lee'};
console.log(Reflect.has(person, 'name'));     // true
console.log(Reflect.has(person, 'toString')); // true

Object.prototype.hasOwnProperty 메서드

const person = {name:'Lee'};
console.log(person.hasOwnProperty('name')); // true
console.log(person.hasOwnProperty('age')); // false

14. 프로퍼티 열거

for...in 문

for...in문 : 객체의 프로토타입 체인 상에 존재하는 모든 프로토타입의 프로퍼티 중에서 프로퍼티 어트리뷰트[[Enumerable]]의 값이 true인 프로퍼티를 순회하며 열거한다.

  • 프로퍼티를 열거할 때 순서를 보장하지 않으므로 주의. 대부분의 브라우저는 보장한다.
  • 배열에는 for...in 보다 for, for...of, forEach메서드 사용 권장

Object.keys/values/entries 메서드

const person = {
  name: 'Lee',
  address: 'Seoul',
  __proto__: { age: 20 }
};

console.log(Object.entries(person)); // [['name', 'Lee'], ['address', 'Seoul']]
Object.entries(person).forEach(([key, value]) => console.log(key, value)); // name Lee, address Seoul

객체 자신의 고유 프로퍼티만 열거하기 위해서는 for...in 보다는 Object.keys/values/entries 메서드 추천

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