24장. 클로저

클로저는 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성이다.

“A closure is the combination of a function and the lexical environment within which that function was declared.”

클로저는 함수와 그 함수가 선언됐을 때의 렉시컬 환경(Lexical environment)과의 조합이다.

렉시컬 스코프

• 자바스크립트 엔진은 함수를 어디서 호출했는지가 아닌 “함수를 어디서 정의했는지”에 따라 상위 스코프를 결정한다.
  이를 렉시컬 스코프(정적 스코프)라 한다.
• 함수 상위 스코프를 결정한다 = 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값을 결정한다
  ⇒ 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경에 의해 결정된다.
  

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

• 함수가 정의된 환경(위치)과 호출되는 환경(위치)은 다를 수 있다.
• 호출되는 위치와는 상관없이 정의된 환경(= 상위 스코프)를 기억해야 한다.
• 함수는 자신의 내부슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장한다.
• 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 바로 상위 스코프다.
• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 함수 객체의 내부슬롯인 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

클로저와 렉시컬 환경

const x = 1;

function outer() {
	const x = 10;
	const inner = function () {console.log(x);};
	return inner;
}
//outer 함수를 호출하면 중첩함수인 inner를 반환
//outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거됨
const innerFunc = outer();
innerFunc(); //10

• outer 함수를 호출하면 중첩함수 inner를 반환하고 생명 주기를 마감한다. 즉, outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.
• outer 함수의 지역변수 'x' 또한 더이상 유효하지 않는다.
  그러나 innerFunc(); //10 으로 동작하고 있다.

이러한 경우처럼 외부함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다. 이러한 중첩 함수를 “클로저”라고 부른다.
클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고, 중첩함수가 외부함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다.

자유 변수 : 클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수
클로저 : 자유 변수에 묶여있는 함수

• outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거되었지만 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하지는 않는다. outer 함수의 렉시컬 환경은 inner함수의 [[Environment]]내부슬롯에 의해 참조되고 있기 때문(가비지 컬렉션 대상에서 제외)

• 자바스크립트의 모든 함수는 자신의 상위 스코프를 기억하고, 함수가 기억하는 상위 스코프는 함수를 어디서 호출하든 상관없이 유지된다.

• 클로저가 아닌 경우

  • 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 함수는 클로저가 아니다. (이 경우는 참조하지도 않는 식별자를 기억하는 것은 메모리 낭비이므로 상위 스코프를 기억하지 않는다.)
  • 외부 함수보다 중첩 함수의 생명주기가 더 짧은 경우는 클로저라고 하지 않는다.

클로저의 활용

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

• 예시) 카운터
  • 전역 변수 사용시 의도치 않게 상태가 변경될 수 있다.
  • 지역 변수 사용시 이전 상태를 유지하지 못한다.
  • 클로저를 이용해 이를 해결할 수 있다.

const increase = (function() {
 	// 카운트 상태 변수 num
	let num = 0;
	// 클로저
	return function () {
		// 카운트 상태를 1씩 증가
		return ++num;
	};
}());
console.log(increase());// 1
console.log(increase());// 2
console.log(increase());// 3

• 위 코드 실행시 즉시 실행 함수가 호출되고 즉시 실행 함수가 반환한 함수가 increase 변수에 할당된다.

  • 즉시 실행 함수는 한번만 실행되므로 increase가 호출될 때마다 num 변수가 재차 초기화 될일은 없다.
  • 의견 : increase함수에는 즉시실행함수 한번 실행되고 난 카운트 상태 1씩 증가하는 함수가 리턴되겠지? (=클로저 함수를 리턴) 그래서 increase()사용했을때 num값 기억하고 1씩 증가하는것. 즉시실행함수를 실행하지 않았다면 계속 num이 0으로 초기화된다.

• increase 변수에 할당된 함수는 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프인 렉시컬 환경을 기억하는 클로저이다. ⇒ 자유 변수 num을 언제 어디서나 호출가능하고 참조해 변경할 수 있다.

• 증가와 감소 카운터

const counter = (function () {
	let num = 0;

	// 클로저인 메서드를 갖는 객체를 반환한다.
	// 객체 리터럴은 스코프를 만들지 않는다. => 아래 메서드들의 상위 스코프는 즉시실행함수의 렉시컬 환경이다.
	return {
		increase() {
			return ++num;
		},
		decrease() {
			return num > 0 ? --num; 0;
		}
	};
}());

console.log(counter.increase());//1
console.log(counter.increase());//2
console.log(counter.decrease());//1
console.log(counter.decrease());//0

• 변수 값은 누군가에 의해 언제든지 변경될 수 있어 오류 발생의 근본적인 원인이 될 수 있다.

• 불변성을 지향하는 “함수형 프로그래밍”에서 부수 효과를 최대한 억제하여 오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이기 위해서 클로저는 적극적으로 사용된다.

• 함수형 프로그래밍 클로저 활용

// 함수를 인수로 전달받고 함수를 반환하는 고차 함수
function makeCounter(aux) {
	let counter = 0;

	// 클로저를 반환함
	return function() {
		// 인수로 전달받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
		counter = aux(counter);
		return counter;
	};
}

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

// 함수로 함수를 생성
const increaser = makeCounter(increase); //increaser에 반환된 클로저 할당됨
console.log(increaser());// 1
console.log(increaser());// 2

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

• makeCounter 함수를 호출해 함수를 반환할때 반환된 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖는다. ⇒ 함수를 호출하면 그때마다 새로운 makeCounter함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이 생성된다.
• 위 예제에서 increaser, decreaser에 할당된 함수는 각각 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 카운트를 유지하기 위한 자유변수 counter를 공유하지 않아 카운터의 증감이 연동되지 않는다.
• 독립된 counter가 아닌 연동되는 counter를 만들려면 렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들어야 한다. (makeCounter함수 1번만 호출해야함)

// 함수를 반환하는 고차 함수
const counter = (function () {
	//카운터 상태를 유지하기 위한 자유 변수
	let counter = 0;

	// 클로저를 반환함
	return function(aux) {
		// 인수로 전달받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
		counter = aux(counter);
		return counter;
	};
}());

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

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

// counter 자유 변수가 공유된다.
console.log(counter(decrease);// 1
console.log(counter(decrease);// 0

캡슐화와 정보 은닉

캡슐화는 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것을 말한다.
정보 은닉 : 캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하기도 한다.

• 자바스크립트는 public, private, protected 같은 접근 제한자를 제공하지 않는다. 기본적으로 모든 프로퍼티와 메서드는 public하다.