JavaScript - Closure

이소라·2022년 11월 7일
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JavaScript

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Closure

1. 렉시컬 스코프

  • 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정하는 스코프
    • 상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가 되는 시점에 함수가 정의된 환경에 의해 결정됨
    • 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬에 대한 참조에 저장할 참조값은 함수가 정위된 환경에 의해 결정함

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

  • 함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신의 정의된 환경, 상위 스코프의 참조를 저장함

    • 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성할 때 함수 자신이 정의된 환경에 의해 결정된 상위 스코프의 참조를 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장함
    • 이때 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 상위 스코프의 참조는 함수 평가 시점에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킴
      • 상위 스코프 = 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조
      • 함수 평가 시점에 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조가 할당됨
    • 함수 객체는 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한 렉시컬 환경의 참조, 즉 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억함

3. 클로저와 렉시컬 환경

  • 클로저(Closure)
    • 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우, 이미 생명 주기가 종료된 외부 함수의 변수를 참조할 수 있음, 이때 중첩 함수가 클로저라고 부름
      • 외부 함수의 실행이 종료하면 외부 함수의 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만, 외부 함수의 렉시컬 환결까지 소멸하는 것은 아님
      • 외부 함수의 렉시컬 환경이 내부 함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있으므로, 가비지 컬렉터의 대상이 되지 않음
    • 클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조 하고 있고 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정함
      • 자유 변수(free variable) : 클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수

4. 클로저의 활용

  • 클로저는 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용함
const increase = (function () {
  let num = 0;
  // 클로저
  return function () {
    return ++num;
  }
}());

console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2
console.log(increase()); // 3
  • 위 예제 설명
    1. 즉시 실행 함수가 호출됨
    2. 즉시 실행 함수가 반환한 함수가 increase 변수에 할당됨
      • increase 변수에 할당된 함수 = 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저
    3. increase 변수에 할당된 클로저는 상위 스코프의 자유 변수 num을 언제 어디서든 호출, 참조, 변경 가능함
const counter = (function() {
  let num = 0;
  // 객체 리터럴은 스코프를 만들지 않음
  return {
    increase() {
      return ++num;
    }
    decrease() {
      return --num;
    }
  }
}());

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

console.log(counter.decrease()); // 1
console.log(counter.decrease()); // 0
  • 위 예제 설명
    1. 즉시 실행 함수가 호출됨
    2. 즉시 실행 함수가 반환한 객체 리터럴이 counter 변수에 할당됨
      • 객체 리터럴은 즉시 실행 함수의 실행 단계에서 평가되어 객체가 됨
      • 객체 리터럴의 중괄호는 코드 블록이 아니므로 별도의 스코프를 생성하지 않음
    3. increase, decrease 메서드의 상위 스코프는 즉시 실행 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경임
      • increase, decrease 메서드는 언제 어디서 호출되든 상관 없이 즉시 실행 함수의 스코프의 식별자 num을 참조 가능함
const Counter = (function() {
  let num = 0;
  
  funtion Counter() {}
  
  Counter.prototype.increase = function () {
    return ++num;
  }
  
  Counter.prototype.decrease = function () {
    return num > 0 ? --num : 0;
  }
  
  return Counter;
}());

const conter = new Counter();

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

console.log(counter.decrease()); // 1
console.log(counter.decrease()); // 0
  • 위 예제 설명
    1. 즉시 실행 함수가 호출됨
    2. 즉시 실행 함수가 반환한 생성자 함수 Counter가 counter 변수에 할당됨
    3. 생성자 함수 Counter는 프로토타입을 통해 increase, decrease 메서드를 상속받는 인스턴스를 생성함
    4. increase, decrease 메서드의 상위 스코프는 즉시 실행 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경임
      • 즉시 실행 함수의 자유 변수 num을 참조 가능함
// 함수를 인수로 전달받아 함수를 반환하는 고차 함수
function makeCounter(aux) {
  let counter = 0;
  // 클로저
  return function () {
    counter = aux(counter):
    return counter;
  };
}

function inrease(n) {
  return ++n;
}

function derease(n) {
  return --n;
}

const increaser = makeCounter(increase);
console.log(increaser()); // 1
console.log(increaser()); // 2
// decreaser는 increaser 함수와는 독립적인 렉시컬 환경을 가짐
const decreaser = makeCounter(decrease);
console.log(decreaser()); // -1
console.log(decreaser()); // -2
  • 위 예제 설명
    • makeCounter 함수는 보조 함수를 인자로 전달받고 함수를 반환하는 고차 함수임
      • makeCounter 함수가 반환하는 함수의 상위 스코프는 makeCounter 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경임
    • makeCounter 함수는 인자로 전달 받은 보조 함수를 합성하여 자신이 반환하는 함수의 동작을 변경할 수 있음
    • makeCounter 함수를 호출하면 makeCounter 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 함수 객체를 생성하여 반환한 후 소멸됨
      • makeCounter 고차 함수를 호출해 함수를 반환할 때, 반환된 함수는 자신만의 독립적인 렉시컬 환경을 가짐
      • makeCounter 함수를 호출하면 그때마다 새로운 makeCounter 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이 생성되기 때문임
      • increaser와 decreaser에 할당된 함수는 각각 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 자유 변수 counter를 공유하지 않음
    • makeCounter 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경은 makeCounter 함수가 반환한 함수의 내부 슬롯 [[Environment]]에 의해 참조되고 있기 때문에 소멸되지 않음

5. 캡슐화와 정보 은닉

  • 캡슐화
    • 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 메서드를 하나로 묶는 것
  • 정보 은닉
    • 캡슐화를 객체의 특정 프로퍼티와 메서드를 감출 목적으로 사용하는 것
      • 외부에 공개할 필요가 없는 구현의 일부를 감추어 적적치 못한 접근으로부터 객체의 상태가 변경되는 것을 방지함
      • 객체 간의 상호 의존성, 즉 결합도를 낮춤
function Person(name, age) {
  this.name = name; // public
  let _age = age; // private
  // 인스턴스 메서드
  this.sayHi = function () {
    console.log(`Hi, My name is ${this.name}. I am ${_age}.`);
  };
}

const me = new Person('Lee', 20);
me.sayHi(); // Hi, My name is Lee. I am 20.
console.log(me.name); // Lee
console.log(me._age); // undefined

const you = new Person('Kim', 30);
you.sayHi(); // Hi, My name is Kim. I am 30.
console.log(you.name); // Kim
console.log(you._age); // undefined
  • 위 예제 설명
    • name 프로퍼티
      • public함
      • 외부로 공개되어 있어서 자유롭게 참조, 변경 가능
    • _age 변수
      • private함
      • Person 생성자 함수의 지역 변수이므로, Person 생성자 외부에서 참조, 변경 불가능
    • sayHi 메서드
      • 인스턴스 메서드
      • Person 객체가 생성될 때 마다 중복 생성됨
const Person = (function () {
  let _age = 0; // private
  // 생성자 함수
  function Person(name, age) {
    this.name = name; // public
    _age = age;
  }
  // 프로토타입 메서드
  Person.prototype.sayHi = function () {
    console.log(`Hi, My name is ${this.name}. I am ${_age}.`);
  };
  // 생성자 함수를 반환
  return Person;
}());

const me = new Person('Lee', 20);
me.sayHi(); // Hi, My name is Lee. I am 20.
console.log(me.name); // Lee
console.log(me._age); // undefined

const you = new Person('Kim', 30);
you.sayHi(); // Hi, My name is Kim. I am 30.
console.log(you.name); // Kim
console.log(you._age); // undefined
// _age 변수 값이 변경됨
me.sayHi(); // Hi, My name is Lee. I am 30.
  • 위 예제 설명
    • sayHi 메서드를 프로토타입 메서드로 변경하여 sayHi 메서드의 중복 생성을 방지함
    • Person 생성자 함수와 sayHi 프로토파입 메서드를 즉시 실행 함수 내에서 선언하여 자유 변수, 즉 즉시 실행 함수의 지역 변수에 접근 가능하도록 함
      • Person 생성자 함수와 sayHi 메서드는 즉시 실행 함수의 지역 변수를 참조 가능한 클로저임
    • Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우, _age의 변수 상태가 유지 되지 않음
      • Person.prototype.sayHi 메서드가 단 한번 생성되는 클로저이기 때문임
      • Person.prototype.sayHi 메서드는 즉시 실행 함수가 호출될 때 생성되어, 즉시 실행 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조를 [[Environment]]에 저장함
      • Person.prototype.sayHi 메서드의 상위 스코프는 Person 생성자 함수의 어떤 인스턴스로 호출하더라도 하나의 동일한 상위 스코프를 사용함
      • 이러한 이유로 Person 생성자가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우, _age 변수의 상태가 유지되지 않음

6. 자주 발생하는 실수

// 클로저를 사용할 때 자주 발생하는 실수
// (var 키워드로 인해 발생하는 문제)
var funcs = [];

for (var i = 0; i < 3; i++) {
  funcs[i] = function () { return i; };
}

for (var j = 0; j < funcs.length; j++) {
  console.log(funcs[j]); // 3 3 3
}
  • 위 예제 설명
    • var 키워드로 선언한 변수 i는 함수 레벨 스코프를 갖기 때문에 전역변수임
      • 전역변수 i에 0, 1, 2가 순차적으로 할당됨
    • funcs 배열의 요소로 추가한 함수를 호출하면 전역 변수 i를 참조하여 i의 값 3이 출력됨

클로저를 사용한 해결 방법

var funcs = [];

for (var i = 0; i < 3; i++) {
  // 매개변수 id를 중첩 함수(클로저)에서 참조함
  funcs[i] = (function (id) {
    // 클로저
    return function () {
      return id;
    }; 
  }(i));
}

for (var j = 0; j < funcs.length; j++) {
  console.log(funcs[j]); // 0 1 2
}
  • 위 예제 설명
    • 즉시 실행 함수는 전역 변수 i에 현재 할당되어 있는 값을 인수로 전달받아 매개변수 id에 할당한 후 중첩 함수를 반환하고 종료됨
    • 즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수는 funcs 배열에 순차적을 저장됨
      • 즉시 실행 함수의 매개변수 id는 즉시 실행 함수 스코프, 즉 중접 함수의 상위 스코프에 존재함
        • 중첩 함수 : 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 상위 스코프로 기억하는 클로저
        • 매개변수 id는 자유변수가 되어 그 값이 유지됨

let 키워드를 사용한 해결 방법

// let 키워드로 선언한 변수는 블록 레벨 스코프를 가짐
var funcs = [];

for (var i = 0; i < 3; i++) {
  funcs[i] = function () { return i; };
}

for (var j = 0; j < funcs.length; j++) {
  console.log(funcs[j]); // 3 3 3
}
  • 위 예제 설명
    • for 문의 변수 선언문에서 let 키워드를 사용하여 변수 선언을 하면, for 문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다 for 문 코드 블록의 새로운 렉시컬 환경이 생성됨
      • 함수의 상위 스코프는 for 문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다 식별자의 값을 유지해야 함
      • 이를 위해 for 문이 반복 실행될 때마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성하여 식별자의 값을 유지함
    • for 문의 코드 블록 내에서 정의한 함수가 있다면, 이 함수의 상위 스코프는 for 문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다 생성된 for 문 코드 블록의 새로운 렉시컬 환경임
      1. for 문의 코드가 반복 실행되기 시작하면, 새로운 렉시컬 환경을 생성함
      2. for 문 코드 블록 내의 식별자와 값을 등록함
      3. 새롭게 생성된 렉시컬 환경을 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 교체함
      4. for 문의 코드 블록의 반복 실행이 모두 종료되면, for 문이 실행되지 이전의 렉시컬 환경을 실행 컨텍스트의 렉시컬 호나경으로 되돌림

고차 함수인 메서드를 사용한 해결 방법

// 배열 요소로 추가된 함수들은 모두 클로저임
const funcs = Array.from(new Array(3), (_,i) => () => i); // [f, f, f]
// 배열의 요소로 추가된 함수들을 순차적으로 호출함
funcs.forEach(f => console.log(f())); // 0 1 2
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