모던 자바스크립트 Deep Dive 19장 프로토타입

자바스크립트를 지칭할 때 프로토타입 기반의 객체 지향 프로그래밍 언어라는 말을 들어본 적 있을 것이다

나도 공식 문서에서 메서드를 찾아볼 때 array.prototype.~~ 중 항상 'prototype'은 무슨 뜻일까? 궁금했던 기억이 있다

오늘은 그 '프로토타입'에 관해 배우는 날!

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자바스크립트는 객체 기반의 프로그래밍 언어이며 자바스크립트를 이루고 있는 거의 모든 것이 객체
원시 타입을 제외한 나머지 값들(함수, 배열, 정규 표현식 등)은 모두 객체

객체 지향 프로그래밍

프로그램을 명령어 또는 함수의 목록으로 보는 전통적인 명령형 프로그래밍의 절차지향적 관점에서 벗어나 여러 개의 독립적 단위, 즉 객체의 집합으로 프로그램을 표현하려는 프로그래밍 패러다임

객체 지향 프로그래밍은 실세계의 '실체' 개념을 프로그래밍에 접목하려는 것이서 시작한다. 실세계의 사물들은 각 개별적인 속성을 가지고 있고, 이로써 다른 사람이나 사물과 구분된다.

프로그래밍에 이를 접목시켜보면 "이름"과 "속성"에 관심이 있다고 친다
다양한 속성 중에서 프로그램에 필요한 속성만 간추려 표현하는 것을 추상화라고 하는데,
이 속성을 갖는 객체를 자바스크립트로 표현하면

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

console.log(person);

이때 주체인 프로그래머는 이름과 주소 속성으로 표현된 객체(object)인 person을 다른 객체와 구별하여 인식할 수 있음

이처럼 속성을 통해 여러 개의 값을 하나의 단위로 구성한 복합적인 자료구조를 객체라고 하며, 객체지향 프로그래밍은 독립적인 객체의 집합으로 프로그램을 표현하려는 프로그래밍 패러다임임

만약 원이라는 개념을 객체로 만들어보면 원에는 '반지름'이 있고 이것으로 지름, 둘레, 넓이 등을 구할 수 있음
이때 반지름은 '상태를 나타내는 데이터'이며 지름, 둘레, 넓이를 구하는 것은 '동작'이다.

이처럼 객체지향프로그래밍은 객체의 상태를 나태내는 데이터와 상태 데이터를 조작할 수 있는 동작을 하나의 논리적인 단위로 묶어 생각함
-> 객체는 상태 데이터와 동작을 하나의 논리적인 단위로 묶은 복합적인 자료구조

이때 객체의 상태 데이터를 프로퍼티, 동작을 메서드라고 함

상속과 프로토타입

상속은 객체지향 프로그래밍의 핵심 개념으로, 어떤 객체의 프로퍼티 또는 메서드를 다른 객체가 상속받을 수 있다

이는 코드의 재사용적 관점에서 매우 유용함
생성자 함수가 생성할 모든 인스턴스가 공통적으로 사용할 프로퍼티나 메서드를 프로토타입에 미리 구현해 두면 생성자 함수가 생성할 모든 인스턴스는 별도의 구현 없이 상위(부모) 객체인 프로토타입의 자산을 공유하여 사용 가능

// 생성자 함수
function Circle(radius) {
  this.radius = radius;
}

// Circle 생성자 함수가 생성한 모든 인스턴스가 getArea 메서드를
// 공유해서 사용할 수 있도록 프로토타입에 추가한다.
// 프로토타입은 Circle 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩되어 있다.
Circle.prototype.getArea = function () {
  return Math.PI * this.radius ** 2;
};

// 인스턴스 생성
const circle1 = new Circle(1);
const circle2 = new Circle(2);

// Circle 생성자 함수가 생성한 모든 인스턴스는 부모 객체의 역할을 하는
// 프로토타입 Circle.prototype으로부터 getArea 메서드를 상속받는다.
// 즉, Circle 생성자 함수가 생성하는 모든 인스턴스는 하나의 getArea 메서드를 공유한다.
console.log(circle1.getArea === circle2.getArea); // true

console.log(circle1.getArea()); // 3.141592653589793
console.log(circle2.getArea()); // 12.566370614359172

Circle 생성자 함수가 생성한 모든 인스턴스는 자신의 상위 객체 역할을 하는 Circle.prototype의 모든 프로퍼티와 메서드를 상속 받음
getArea 메서드는 딱 한 번 생성되어 프로토타입인 Circle.prototype의 메서드로 할당되어있다
따라서 Circle 생성자 함수가 생성하는 모든 인스턴스는 getArea 메서드를 상속받아 사용할 수 있음
즉, 자신의 상태를 나타내는 radius 프로퍼티만 개별적으로 소유하고 내용이 동일한 메서드는 상속을 통해 공유하여 사용

프로토타입 객체

프로토타입 객체란 객체지향 프로그래밍의 근간을 이루는 객체 간 상속을 구현하기 위해 사용됨
프로토타입은 어떤 객체의 상위(부모) 객체의 역할을 하는 객체로서 다른 객체에 공유 프로퍼티(메서드 포함)을 제공

모든 객체는 [ [Prototype]] 이라는 내부 슬롯을 가지며, 이 안에 저장되는 프로토타입은 객체 생성 방식에 의해 결정됨
모든 객체는 하나의 프로토타입을 가지고, 모든 프로토타입은 생성자 함수와 연결되어 있다

_ _ proto__ 접근자 프로퍼티

__proto__는 접근자 프로퍼티
모든 객체는 [ [Prototype]] 내부 슬롯에는 직접 접근할 수 없지만, 위 그림처럼 __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 자신의 프로토타입에 간접적으로 접근할 수 있음

내부 슬롯은 프로퍼티가 아니기에 직접 접근하거나 호출할 수 없지만, 간접적으로 접근할 수 있음

Object.prototype의 접근자 프로퍼티인 __proto__는 접근자 함수 ([ [GET]], [ [SET]] 프로퍼티에 어트리뷰트에 할당된 함수)를 통해 프로토타입을 취득하거나 할당함

__proto__는 상속을 통해 사용됨

__proto__ 접근자 프로퍼티는 객체가 직접 소유하는 프로퍼티가 아니아 Object.prototype의 프로퍼티
-> 모든 객체는 상속을 통해 Object.prototype.__proto__ 접근자 프로퍼티를 사용 가능함

모든 객체는 프로토타입의 계층 구조인 프로토타입 체인데 묶여있는데, 프로토타입 체인의 최상위 객체는 Object.prototype이며 이 객체의 프로퍼티와 메서드는 모든 객체에 상속됨

__proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 프로토타입에 접근하는 이유
프로토타입에 접근하기 위해 접근자 프로퍼티를 사용하는 이유는 상호 참조에 의해 프로토타입 체인이 생성되는 것을 방지하기 위해서임

const parent = {};
const child = {};

// child의 프로토타입을 parent로 설정
child.__proto__ = parent;
// parent의 프로토타입을 child로 설정
parent.__proto__ = child; // TypeError: Cyclic __proto__ value

이렇게 하면 서로가 자신의 프로토타입이 되는 비정상적인 프로토타입이 만들어짐

프로토타입은 단방향 링크드 리스트로 구현되어 프로퍼티 검색 방향이 반드시 한쪽 방향으로만 흘러가야 함
그러나 순환 참조하는 프로토타입 체인이 발생하면 프로토타입 체인에서 프로퍼티를 검색할 때 무한 루프에 빠짐
따라서 아무런 체크 없이 무조건적으로 프로토타입을 교체할 수 없도록 __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 프로토타입에 접근하고 교체하도록 구현되어 있음

__proto__ 접근자 프로퍼티를 코드 내에서 직접 사용하는 것은 권장하지 않음
직접 상속을 통해 Object.prototype을 상속받지 않느 ㄴ객체를 생성할수도 있기 때문에 __proto__ 접근자 프로퍼티를 사용할 수 없는 경우가 있음
따라서

• 프로토타입의 참조를 취득하고 싶은 경우 -> Object.getPrototypeOf 메서드 사용을 권장
• 프로토타입을 교체하고 싶은 경우 -> Object.setPrototypeOf 메서드 사용을 권장

함수 객체의 prototype 프로퍼티

함수 객체만이 소유하는 prototype 프로퍼티는 생성자 함수가 생성할 인스턴스의 프로토타입을 가리킴

// 함수 객체는 prototype 프로퍼티를 소유한다.
(function () {}).hasOwnProperty('prototype'); // -> true

// 일반 객체는 prototype 프로퍼티를 소유하지 않는다.
({}).hasOwnProperty('prototype'); // -> false

prototype 프로퍼티는 생성자 함수가 생성할 객체의 프로토타입을 가리킴
따라 생성자 함수로서 호출할 수 없는 함수로 정의한 메서드는 prototype 프로퍼티를 소유하지 않으며 프로토타입도 생성하지 않음

모든 객체가 가지고 있는 __proto__ 접근자 프로퍼티와 함수 객체만이 가지고 있는 prototype 프로퍼티는 결국 동일한 프로토타입을 가리킴
하지만 이들의 주체와 용도는 다름!

구분	소유	값	사용 주체	사용 목적
__proto__ 접근자 프로퍼티	모든 객체	프로토타입의 참조	모든 객체	객체가 자신의 프로토타입에 접근 또는 교체하기 위해 사용
prototype 프로퍼티	constructor	프로토타입의 참조	생성자 함수	생성자 함수가 자신이 생성할 객체(인스턴스)의 프로토타입을 할당하기 위해 사용

프로토타입의 constructor 프로퍼티와 생성자 함수

모든 프로토타입은 constructor 프로퍼티를 가짐
이 constructor 프로퍼티는 prototype 프로퍼티로 자신을 참조하고 있는 생성자 함수를 가리킴
이 연결은 생성자 함수가 생성될 때(=함수 객체가 생성될 때) 이루어짐

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

const me = new Person('Lee');

// me 객체의 생성자 함수는 Person이다.
console.log(me.constructor === Person);  // true

me 객체에는 constructor 프로퍼티가 없지만 me 객체의 프로토타입인 Person.prototype에는 constructor 프로퍼티가 있음
따라서 me 객체는 프로토타입인 Person.prototype의 constructor 프로퍼티를 상속 받아 사용할 수 있는 것

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체의 생성자 함수와 프로토타입

리터럴 표기법에 의한 객체 생성 방식은 명시적으로 new 연산자와 함께 생성자 함수를 호출하여 인스턴스를 생성하지 않는 객체 생성 방식임

[[리터럴]]의 예시)

// 객체 리터럴
const obj = {};

// 함수 리터럴
const add = function (a, b) { return a + b; };

// 배열 리터럴
const arr = [1, 2, 3];

// 정규표현식 리터럴
const regexp = /is/ig;

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체도 프로토타입이 존재하지만, 프로토타입의 constructor 프로퍼티가 가리키는 생성자 함수가 반드시 객체를 생성한 생성자 함수라고 단정할 수는 없다

// 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

왜일까?
Object 생성자 함수에 인수를 전달하지 않거나 undefined 또는 null을 인수로 전달하면서 호출하면 내부적으로는 추상 연산 OrdinaryObjectCreate를 호출하여 Object.prototype을 프로토타입으로 갖는 빈 객체를 생성함

이처럼 Object 생성자 함수 호출과 객체 리터럴의 평가는 추상 연산 OrdinaryObjectCreate를 호출하여 빈 객체를 생성하는 점에서 동일하나 세부 내용은 다르다.
따라서 객체 리터럴에 의해 생성된 객체는 Object 생성자 함수가 생성한 객체가 아니다.

==함수 객체의 경우 역시 차이가 명확한데
함수 선언문과 함수 표현식을 평가하여 함수 객체를 생성한 것은 Function 생성자 함수가 아니다. constructor 프로퍼티를 통해 확인해보면 foo 함수의 생성자 함수는 Function 생성자 함수다==

• 240204 제대로 이해하지 못함!

// foo 함수는 Function 생성자 함수로 생성한 함수 객체가 아니라 함수 선언문으로 생성했다.
function foo() {}

// 하지만 constructor 프로퍼티를 통해 확인해보면 함수 foo의 생성자 함수는 Function 생성자 함수다.
console.log(foo.constructor === Function); // true

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체도 상속을 위해서는 프로토타입이 필요함
다라서 리터럴 표기법에 의해 생성된 객체도 가상적인 생성자 함수를 가짐

프로토타입은 생성자 함수와 더불어 생성되며 prototype, constructor 프로퍼티에 의해 연결되어있기 때문

=> 프로토타입과 생성자 함수는 단독으로 존재할 수 없고 언제나 pair으로 존재함

리터럴 표기법에 의해 생성한 객체도 생성자 함수로 생성한 객체와 본질적인 면에서 큰 창는 없으므로, 프로토타입의 constructor 프로퍼티를 통해 연결되어 있는 생성자 함수를 리터럴 표기법으로 생성한 객체를 생성자 함수로 생각해도 큰 무리는 없음

리터럴 표기법	생성자 함수	프로토 타입
객체 리터럴	Object	Object.prototype
함수 리터럴	Function	Function.prototype
배열 리터럴	Array	Array.prototype
정규 표현식 리터럴	RegExp	RegExp.prototype

프로토타입의 생성 시점

객체는 리터럴 표기법 또는 생성자 함수에 의해 생성되므로 결국 모든 객체는 생성자 함수와 연결되어 있음

프로토타입은 생성자 함수가 생성되는 시점에 더불어 생성됨
생성자 함수는 단독으로 존재할 수 없고, 언제나 쌍으로 존재하기 때문

생성자 함수는 두 종류가 있다

• 사용자 정의 생성자 함수
• 빌트인 생성자 함수

사용자 정의 생성자 함수와 프로토 타입 생성 시점

생성자 함수로서 호출할 수 있는 함수(=constructor)는 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점에 프로토타입이 같이 생성되고, 생성된 프로토타입의 프로토타입은 언제나 Object.prototype임
(화살표 같은 non-constructor은 프로토타입이 생성되지 않음)

빌트인 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

Object, String, Number, Function, Array, RegExp, Date, Promise 등과 같은 빌트인 생성자 함수도 생성되는 시점에 프로토타입이 생성된됨

모든 빌트인 생성자 함수는 전역 객체가 생성되는 시점에 생성되고 생성된 프로토타입은 빌트인 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩됨

전역 객체는 코드가 실행되기 이전에 자바스크립트 엔진에 의해 생성되는 특수한 객체로, 표준 빌트인 객체인 Object도 전역 객체의 프로퍼티이며 전역 객체가 생성되는 시점에 생성됨.

이처럼 객체가 생성되기 이전에 생성자 함수와 프로토타입은 이미 객체화 되어 존재하고, 이후 생성자 함수 또는 리터럴 표기법으로 객체를 생성하면 프로토타입은 생성된 객체의 [[Prototype]] 내부 슬롯에 할당됨.

객체 생성 방식과 프로토타입의 결정

객체 생성에는 객체 리터럴/Object 생성자 함수/ 생성자 함수/Object.create메서드/클래스(ES6) 등 다양한 방식이 있음.
그러나 세부적인 방식의 차이는 있으나 추상 연산 OrdinaryObjectCreate에 의해 생성된다는 공통점이 있음

추상 연산 OrdinaryObjectCreate의 객체 생성 과정
1. 빈 객체를 생성
2. 객체에 추가할 프로퍼티 목록이 인수로 전달된 경우 프로퍼티를 객체에 추가
3. 인수로 전달받은 프로토타입을 자신이 생성한 객체의 [[Prototype]] 내부 슬롯에 할당
4. 생성한 객체 반환
-> 즉, 프로토타입은 추상연상