[Javascript] 21. 클래스

SebellKO·2024년 1월 6일

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클래스

자바스크립트는 기존 프로토타입 기반의 객체지향을 제공하고 있었다.
그러나 ES6 부터 클래스 문법을 제공하여 프로그래머들에게 익숙한 클래스 기반 객체지향 프로그래밍을 제공하고 있다.

단, 클래스와 프로토타입 기반의 생성자 함수는 몇가지 차이점이 있다.

클래스는 new 연산자 없이 호출하면 에러가 발생한다. 하지만 생성자 함수는 일반함수로서 호출된다.
클래스는 상속을 지원하는 extend, super 키워드를 제공한다.
클래스는 호이스팅이 발생하지 않는것 처럼 동작한다. 하지만, 함수 선언문으로 정의된 생성자 함수는 함수 호이스팅이, 함수 표현식으로 정의한 생성자 함수는 변수 호이스팅이 발생한다.
클래스 내의 모든 코드에는 암묵적으로 strict mode가 지정되어 실행되며 이를 해지할 수 없다.
클래스의 constructor, 프로토타입 메서드, 정적 메서드 모두 프로퍼티 어트리뷰트 [[Enumerable]]의 값이 false이다. 즉, 열거되지 않는다.

본격적으로 클래스에 대해서 알아보자.

클래스 정의

클래스는 class 키워드를 사용해 정의하며, 일반적으로 파스칼 케이스를 사용한다.

class Person {}

일반적으로 위와 같이 선언하여 사용하는 것이 보통이지만 함수와 마찬가지로 표현식으로 클래스를 정의할 수도 있다.

const Person = class {};

const Person = class MyClass {};

이 말은, 클래스도 일급 객체라는 것을 의미한다.

일급 객체란 다음과 같은 특징을 갖는다.

1. 무명의 리터럴로 생성할 수 있다. 즉, 런타임에 생성이 가능하다.
2. 변수나 자료구조 (객체, 배열 등)에 저장할 수 있다.
3. 함수의 매개변수에게 전달할 수 있다.
4. 함수의 반환 값으로 사용할 수 있다.

클래스 내부에 정의할 수 있는 메서드는 3가지로 constructor (생성자 함수), 프로토타입 메서드, 정적 메서드가 있다.

클래스 호이스팅

클래스 선언문으로 정의한 클래스는 함수 선언문과 같이 소스코드 평가 과정, 즉 런타임 이전에 먼저 평가되어 함수 객체를 생성한다.

이때 평가되어 생성되는 함수 객체는 생성자 함수 (constructor)이며, 생성자 함수가 생성되는 시점에 프로토타입도 같이 생성된다.

클래스 또한 let, const 키워드로 선언한 변수처럼 호이스팅 된다.

인스턴스 생성

클래스는 생성자 함수로 new 연산자와 함께 호출되어 인스턴스를 생성한다.
그렇기에 new 연산자를 생략할 경우 에러를 반환한다.

또, 클래스 표현식으로 정의된 클래스의 경우 클래스를 가르키는 식별자를 사용해 인스턴스를 생성하지 않고, 기명 클래스 표현식의 클래스 이름을 사용해 인스턴스를 생성하며 에러가 발생한다.

이는, 기명 함수 표현식과 마찬가지로 클래스 표현식에서 사용한 클래스 이름은 외부 코드에서 접근 불가능 하기 때문이다.

메서드

앞서 클래스 내부에 선언할 수 있는 메서드의 종류는 3가지로 constructor(생성자 함수), 프로토타입 메서드, 정적 메서드가 있다고 했다.

한가지씩 알아보자.

constructor

constructor는 생성자 함수로서, 인스턴스를 생성하고 초기화 하기 위한 메서드이다.

클래스는 평가되어 함수 객체가 되며, 함수 객체 고유의 프로퍼티를 모두 갖고 있다.
모든 함수 객체가 가지고 있는 prototype 프로퍼티가 가르키는 프로토타입 객체의 constructor 프로퍼티는 클래스 자신을 가르키는데, 이는 클래스가 인스턴스를 생성하는 생성자 함수라는 것을 의미한다.

생성자 함수를 이용해 새로운 인스턴스를 생성할 경우 constructor 내부에서 this에 추가한 프로퍼티는 인스턴스 프로퍼티가 된다.

한가지 주목해야 할 점은 생성된 클래스나, 클래스에 의해 생성된 인스턴스 내부 어디에도 constructor 메서드가 없다는 것인데, 이는 클래스 몸체에 정의한 constructor 가 단순한 메서드가 아니라는 것을 의미한다.

constructor는 메서드로 해석되는 것이 아닌 클래스가 평가 될시 생성한 함수 객체 코드의 일부가 되는데, 이는 클래스 정의가 평가되면 constructor의 기술된 동작을 하는 함수 객체가 생성된다는 말이다.

constructor와 생성자 함수는 몇가지 차이가 있다.

첫번째는 constructor는 클래스 내에 최대 한개만 존재할 수 있다.
만약 두개의 constructor가 존재할 경우 에러를 반환한다.

두번째로 constructor는 생략 가능하며, 이 경우 빈 constructor가 암묵적으로 정의된다.
하지만 constructor는 인스턴스의 생성과 동시에 프로퍼티 추가를 통해 인스턴스를 초기화하기 때문에, 인스턴스의 초기화가 필요할 경우 생략하지 않아야 한다.

세번째로 constructor는 반환문을 갖지 않아야 한다.
new 연산자와 함께 클래스가 호출되면 생성자 함수와 동일하게 암묵적으로 this, 인스턴스를 반환하기 때문이다.
만약 반환문이 있을경우 인스턴스를 반환하지 않고 반환문의 객체가 반환된다.

단, 원시값을 반환하면 원시값 반환은 무시되고 암묵적으로 this가 반환된다.

프로토타입 메서드

생성자 함수를 사용하여 인스턴스를 생성하는 경우 명시적으로 프로토타입에 메서드를 추가해야 했다.
하지만, 클래스 내부 몸체에 정의한 메서드는 이와 다르게 기본적으로 프로토타입 메서드가 된다.

명시적으로 프로토타입에 메서드를 추가해야 한다는 말은 아래와 같다.
People.prototype.getName = () => {return something};

그렇기에 인스턴스는 해당 메서드를 프로토타입 메서드로 상속받아 사용할 수 있다.

다시말해, 클래스는 생성자 함수와 같이 인스턴스를 생성하는 생성자 함수라고 볼 수 있으며, 클래스는 생성자 함수와 마찬가지로 프로토타입 기반의 객체 생성 메커니즘이다.

정적 메서드

정적 메서드란 인스턴스를 생성하지 않아도 호출할 수 있는 메서드를 말한다.

생성자 함수의 경우 정적 메서드를 생성하기 위해서는 명시적으로 생성자 함수에 메서드를 추가해야 했지만 클래스에서는 메서드에 static 키워드를 붙이면 정적 메서드가 된다.

클래스 내부에 선언한 정적 메서드는 프로토타입의 메서드가 되는것이 아닌 클래스에 바인딩된 메서드가 된다.

그렇기에 정적 메서드는 인스턴스로 호출할 수 없다.

클래스는 함수 객체로 평가되기에 프로퍼티/메서드를 소유할 수 있다.

정적 메서드와 프로토타입 메서드의 차이

정적 메서드와 프로토타입 메서드는 자신이 속해 있는 프로토타입 체인이 다르다.
정적 메서드는 클래스로 호출하고, 프로토타입 메서드는 인스턴스로 호출한다.
정적 메서드는 인스턴스 프로퍼티를 참조할 수 없지만, 프로토타입 메서드는 인스턴스 프로퍼티를 참조할 수 있다.

정적 메서드는 클래스 내부에 속해 있는 메서드이고, 프로토타입 메서드는 클래스가 생성됐을때 같이 생성된 프로토타입에 속해있는 메서드이다.

따라서, 속해 있는 프로토타입 체인이 다르며 호출 방식도 다른것이다.

또한, 클래스를 통해 새엇ㅇ된 인스턴스는 클래스와 직접적으로 연결되는 것이 아닌 클래스의 프로토타입과 연결되기 때문에 정적 메서드는 인스턴스 프로퍼티를 참조할 수 없지만, 프로토타입 메서드는 참조할 수 있게 된다.

정적 메서드는 클래스로 호출해야 하므로 정적 메서드 내부의 this는 인스턴스가 아닌 클래스를 가르킨다. 즉, 프로토타입 메서드와 정적 메서드 내부의 this 바인딩이 다르다.

따라서, 메서드 내부에서 인스턴스 프로퍼티를 참조할 필요가 있다면 this를 사용해야 하며, 이런 경우 프로토타입 메서드로 정의해야 한다.

그렇기에 this를 사용하지 않는 메서드는 정적 메서드로 정의하는 것이 좋다.

클래스에서 정의한 메서드의 특징

function 키워드를 생략한 메서드 축약 표현을 사용한다.
객체 리터럴과는 다르게 클래스에 메서드를 정의할 때는 콤마가 필요 없다.
암묵적으로 strict mode로 실행된다.
for...in문이나 Object.keys 메서드 등으로 열거할 수 없다.
내부 메서드 [[Construct]]를 갖지 않는 non-constructor이다. 따라서 new 연산자와 함께 호출할 수 없다.

클래스의 인스턴스 생성 과정

클래스를 이용해 생성된 인스턴스는 3가지 과정을 거치게 된다.

인스턴스 생성과 this 바인딩

new 연산자와 함께 클래스를 호출하면 constructor의 내부 코드가 실행 되기에 앞서 암묵적으로 빈 객체가 생성된다.

이 빈 객체가 클래스가 생성한 인스턴스이다.

이때 같이 인스턴스의 프로토타입으로 클래스의 prototype 프로퍼티가 가르키는 객체가 설정된다. 그리고 생성된 빈객체, 인스턴스는 this에 바인딩 된다.

인스턴스 초기화

다음으로 constructor 내부 코드가 실행되어 this에 바인딩되어 있는 인스턴스를 초기화 한다.
즉, this에 바인딩 되어 있는 인스턴스에 프로퍼티들을 추가하고 초기값으로 값을 초기화 한다.

만약 constructor가 생략되었다면 이 과정도 생략된다.

인스턴스 반환

클래스의 모든 처리가 끝나면 완성된 인스턴스가 바인딩된 this가 암묵적으로 반환된다.

프로퍼티

인스턴스 프로퍼티

인스턴스 프로퍼티는 constructor 내부에서 정의해야 한다. 또한, 인스턴스 프로퍼티는 언제나 public하다.

현재는 private 키워드를 제공한다.

클래스 필드

클래스 필드란 클래스가 생성할 인스턴스의 프로퍼티를 가르키는 용어이다.

이전까지는 자바스크립트에서 클래스 몸체에는 메서드만 선언할 수 있었으며, 프로퍼티들은 constructor 내부에서 선언하고 초기화 해야 했었다.

하지만 현재의 자바스크립트는 클래스 몸체에 클래스 필드를 정의할 수 있는 클래스 필드 정의를 제공하고 있다.

클래스 필드에 선언된 프로퍼티에 바로 값을 할당할 수 는 있지만, this를 사용할 수는 없다.

즉, this에 클래스 필드를 바인딩 해서는 안된다는 말이다. this는 오직 constructor 내부에서만 유효하다.

class Person {
this.name = ''; // SyntaxError

인스턴스를 생성할때 외부의 초기값으로 클래스 필드를 초기화해야 할 필요가 있다면 constructor에서 클래스 필드를 초기화 해야 한다.

또한, 인스턴스를 생성할때 클래스 필드를 초기화할 필요가 있다면 constructor 밖에서 클래스 필드를 정의할 필요가 없다.

정리하자면, 인스턴스를 생성할 때 외부 초기값으로 클래스 필드를 초기화할 필요가 있다면 constructor에서 인스턴스 프로퍼티를 정의하는 기존 방식을 사용하고, 인스턴스를 생성할 때 외부 초기값으로 클래스 필드를 초기화할 필요가 없다면 기존의 constructor에서 인스턴스 프로퍼티를 정의하는 방식과 클래스 필드 정의 제안 모두 사용할 수 있다.

private 필드

앞서 말했듯 이전까지는 자바스크립트에서 private를 지원하지 않았기 때문에 모든 인스턴스들의 프로퍼티는 public 상태였다.

하지만, 현재는 private가 지원되며, 이 의미를 가진 #을 제공한다.

private 필드는 반드시 클래스 몸체에 정의해야 하며, 직접 constructor에 정의할 경우 에러가 발생한다.

또한 private의 뜻과 맞게 외부에서 직접적으로 접근할 수 없으며, 접근자 프로퍼티, 메서드를 통해 간접적으로 접근하는 것이 가능하다.

static 필드

현재의 자바스크립트는 static을 이용한 정적 메서드를 정희할 수 있는 기능 뿐만 아니라 정적 필드를 정희할 수 있는 기능을 제공한다.

클래스 필드 앞에 static 키워드를 붙여 사용한다.

클래스 상속

프로토타입 기반의 상속과 마찬가지로 클래스도 상속의 기능을 제공한다.
하지만 이 둘은 차이점이 있다.

프로토타입 기반의 상속은 프로토타입 체인을 통해 다른 객체의 자산을 상속받는 개념이지만, 상속에 의한 클래스 확장은 기존 클래스를 상속받아 새로운 클래스를 확장하여 정의하는 것이다.

클래스와 생성자 함수는 인스턴스를 생성할 수 있는 함수라는 점에서 매우 유사하지만
클래스는 상속을 통해 기존 클래스를 확장할 수 있는 문법이 제공된다.

예를 들어보자.

동물, 새, 사자 라는 3가지 클래스가 있다고 생각해보자.
기본적으로 새와 사자는 동물이라는 성질을 가지고 있으니 동물에 해당하는 공통 특징을 상속 받을 수 있다.
따라서, 동물의 공통 특징을 상속받고 새와 사자 클래스가 각 고유 특징을 가지고 있게 된다면 상속에 의한 클래스 확장이 이루어 지며, 이는 코드 재사용 관점에서 매우 유용하다.

실제로 동물 클래스를 상속 받은 새 클래스를 구현해보자.

class Animal {
  constructor(age, weight) {
    this.age = age;
    this.weight = weight;
  }
  
  eat() {
    return 'eat';
  }
  
  move() {
    return 'move';
  }
}

class Bird extends Animal {
  fly() {
    return 'fly';
  }
}

const bird = new Bird(1, 5);

console.log(bird); // Bird {age: 1, weight: 5}
console.log(bird instanceof Bird); // true
console.log(bird instanceof Animal); // true

console.log(bird.eat()); // eat
console.log(bird.move()); // move
console.log(bird.fly()); // fly

상속은 extends 키워드를 사용하며, 이렇게 상속에 의해 확장된 클래스 Bird는 Animal 클래스와 연결되며, 생성된 bird 인스턴스는 Bird.prototype과 또 이는 Animal.prototype과 체인이 연결된다.

따라서 bird.eat(), bird.move()가 가능한 것이다.

상속을 통해 확장된 클래스를 서브 클래스라 하고, 서브 클래스에게 상속된 클래스를 수퍼클래스라 한다.
자식 클래스, 부모 클래스라 하기도 한다.

위 예제를 통해 확인 했듯이 상속시 인스턴스의 프로토타입 체인뿐 아니라 클래스 간의 프로토타입 체인도 생성되며, 이를 통해 프로토타입 메서드, 정적 메서드 전부 상속이 가능하다.

동적 상속

extends 키워드를 사용한 상속은 클래스에만 한정되어 있지 않다.

클래스 뿐만 아니라 [[Construct]] 내부 메서드를 갖는 함수 객체로 평가될 수 있는 모든 표현식을 사용할 수 있는데, 이는 동적으로 상속 받을 대상을 결정할 수 있게 해준다.

[[Construct]] 내부 메서드를 갖는 표현식은 함수 선언식, 함수 표현식, 화살표 함수, Function 생성자가 있다.
추가로, Function 생성자 뿐만 아니라 다른 표준 빌트인 생성자 함수도 상속이 가능하다.

서브클래스의 constructor

앞절에서 봤듯이 constructor는 생략 가능하며, 생략시 비어있는 constructor가 암묵적으로 정의된다고 했다.

만약, 상속받은 자식 클래스에서 constructor를 생략하면 어떻게 될까.

constructor(...args) {super(...args)}

위와 같이 암묵적으로 비어있는 constructor가 생성되고 new 연산자와 함께 클래스를 호출할 때 전달한 인수의 리스트는 ...args를 통해, 또 super()를 통해 부모 클래스의 생성자 함수를 호출하여 인스턴스를 생성하게 된다.

프로퍼티를 소유하는 인스턴스를 생성하려면 constructor 내부에서 인스턴스에 프로퍼티를 추가해야 한다.

super

super는 함수처럼 호출할 수도 있고, this와 같이 식별자처럼 참조할 수 있는 특수한 키워드이다.

호출할 경우 수퍼 클래스(부모 클래스)의 constructor(super-constructor)를 호출하고, 참조시 수퍼 클래스의 메서드를 호출할 수 있다.

class Base {
  constructor(a, b) {
    this.a = a;
    this.b = b;
  }
}

class Derived extends Base {}

const derived = new Derived(1, 2);
console.log(derived); // Derived {a:1, b:2}

위 예제는 super를 호출한 경우이다.

Derived 클래스에 생성자 함수가 없음에도 불구하고 console.log(derived) 에서 {a:1, b:2}가 반환되는것을 확인할 수 있는데, 이는 Derived 클래스 내부 암묵적으로 constructor(...args) {super(...args)} 가 정의된 결과이다.

따라서, Derived 클래스로 전달된 인수들은 suer(...args)를 통해 부모 클래스로 전달되어 인스턴스가 생성된다.

class Base {
  constructor(a, b) {
    this.a = a;
    this.b = b;
  }
}

class Derived extends Base {
  constructor(a, b, c) {
    super(a, b);
    this.c = c;
  }
}

const derived = new Derived(1, 2, 3);
console.log(derived); // {a: 1, b: 2, c: 3}

위 예제는 자식 클래스 내부에서 생성자 함수를 생략하지 않고 super를 직접 호출하는 예제이다

Derived클래스에 생성자 함수가 없음에도 불구하고 console.log(derived)에서 {a:1, b:2}가 반환되는것을 확인할 수 있는데,
이는 Derived클래스 내부 암묵적으로 constructor(...args) {super(...args)}가 정의된 결과이다.

따라서 Derived클래스로 전달된 인수들은 super(...args)를 통해 부모 클래스로 전달되어 인스턴스가 생성된다.

class Base {
  constructor(a, b) {
    this.a = a;
    this.b = b;
  }
}

class Derived extends Base {
  constructor(a, b, c) {
    super(a, b);
    this.c = c;
  }
}

const derived = new Derived(1, 2, 3);
console.log(derived); // {a: 1, b: 2, c: 3}

위 예제는 자식 클래스 내부에서 생성자 함수를 생략하지 않고 super를 직접 호출하는 예제이다.

앞전에 먼저 참고한 예제를 통해 Derived 클래스 생성을 통해 전달된 인수 1,2,3 중 1,2는 super를 통해 부모 클래스로 전달되는 것을 알 수 있다.

하지만 super를 직접 호출할 때 몇가지 주의사항이 있다.

서브클래스에서 constructor를 생략하지 않는 경우 서브클래스의 constructor에서는 반드시 super를 호출해야 한다.
서브클래스의 constructor에서 super를 호출하기 전에는 this를 잠조할 수 없다.
super는 반드시 서브클래스의 constructor에서만 호출한다. 서브 클래스가 아닌 클래스의 constructor나 함수에서 super를 호출하면 에러가 발생한다.

다음 예제를 통해 super를 참조하는 방법을 알아보자.

class Base {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  
  sayHi() {
    return `Hi! ${this.name}`;
  }
}

class Derived extends Base {
  sayHi() {
    return `${super.sayHi()}. how are you doing ?`;
  }
}

const derived = new Derived('Lee');
console.log(derived.sayHi()); // Hi! Lee. how are you doing ?

super 참조를 통해 수퍼클래스의 메서드를 참조하려면 super가 수퍼클래스의 메서드가 바인딩된 객체, 즉, 수퍼클래스의 prototype 프로퍼티에 바인딩된 프로토타입을 참조할 수 있어야 한다.

간단히 말하면, super를 사용하여 메서드를 호출할때 해당 메서드는 수퍼 클래스의 프로토타입에 정의 되어 있어야 된다는 말이다.

상속 클래스의 인스턴스 생성 과정

위에서 super를 통해 인자가 전달되고 부모 클래스의 프로퍼티를 가지고 인스턴스가 생성되는게 이해가 잘 되지 않았다.

이를 이해하기 위해 생성 과정을 알아보자.

서브클래스의 super 호출

자바스크립트 엔진은 클래스를 평가할 때 수퍼클래스와 서브클래스를 구분하기 위해 [[ConstructorKind]] 내부 슬롯을 이용한다.

다른 클래스를 상속받지 않는 클래스는 이 내부 슬롯의 값이 base 로 설정 되지만, 상속 받는 서브 클래스는 내부 슬롯 값이 derived로 설정된다.

서브 클래스는 자신이 직접 인스턴스를 생성하지 않고 수퍼클래스에게 인스턴스 생성을 위임한다.
이러한 이유 때문에 서브클래스의 constructor에서 반드시 super를 호출해야 하는 이유이다.

이것이 서브클래스에서 반드시 super를 호출해야 하는 이유.

수퍼 클래스의 인스턴스 생성과 this 바인딩

인스턴스가 생성될때 수퍼클래스의 생성자 함수 constructor의 내부 코드가 실행되기 이전에 암뭊겆ㄱ으로 빈 객체를 생성한다.
그후, 이 빈 객체에 this가 바인딩 되고, 이 this는 생성된 인스턴스를 가르키게 된다.

하지만, new 연산자와 함게 호출된 클래스는 서브클래스 이기 때문에 인스턴스는 new.target이 가르키는 서브클래스가 생성한 것으로 처리된다.
따라서, 생성된 인스턴스의 프로토타입은 서브클래스의 prototype 프로퍼티가 가르키는 객체가 된다.

new.target은 생성자 함수에서 사용되며, new 키워드를 통해 함수가 호출 됐는지 확인하며, 해당 생성자 함수를 참조한다.

수퍼 클래스의 인스턴스 초기화

this에 바인딩되어 있는 인스턴스에 프로퍼티를 추가하고 인수로 전달받은 초기값으로 인스턴스의 프로퍼티를 초기화 한다.

서브클래스 constructor로의 복귀와 this 바인딩

super 호출이 종료되고 제어 흐름이 서브클래스의 constructor로 돌아온다.
이때 super가 반환한 인스턴스가 this에 바인딩 된다. 서브클래스는 별도의 인스턴스를 생성하지 않고 super가 반환한 인스턴스를 this에 바인딩하여 그대로 사용한다.

다라서, super가 호출되지 않으면 인스턴스가 생성되지 않으며, this 바인딩도 할 수 없다.
서브클래스의 constructor에서 super를 호출하기 전에는 this를 참조할 수 없는 이유가 바로 이 때문이다.

서브 클래스의 인스턴스 초기화

super 호출 이후, 서브 클래스의 constructor에 기술되어 있는 인스턴스 초기화가 실행된다.
수퍼 클래스로 부터 전달받은 인스턴스에 프로퍼티를 추가하고 값을 초기화 한다.

인스턴스 반환

클래스의 모든 처리가 끝나면 완성된 인스턴스가 바인딩된 this가 암묵적으로 반환된다.

SebellKO

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