요즘 JS 공부를 정~말 많이하고 있는데, 어제 공부한 챕터가 "프로토타입"이었다. 내가 알고있는 프로토타입은.... 이건데?

당연히 이걸 의미하는 건 아니고.. 자바스크립트에서 객체를 상속하기 위해 사용하는 방식이라고 하더라.. 낯선 용어에 일단 공부를 진행했다. 하지만,

정말정말정말정말 머리에 들어오는 게 하나도 없는 것 같아 프로토타입에 대한 기초적인 지식부터 차곡차곡 좀 쌓고 다음 공부를 진행하는 게 맞을 것 같았다. 그래서 프로토타입에 대한 최대한 쉽고쉽고쉽고쉽게 이해한대로 정리해보고자 한다.

프로토타입

클래스 기반의 객체 지향 언어와는 달리 자바스크립트는 프로토타입 기반(prototype-based)의 객체 지향 언어으로 상속의 개념이 클래스 기반의 객체 지향 언어와는 약간 다름.

클래스 기반 언어는 객체의 형식이 정의된 클래스라는 개념을 가지고 이를 이용하여 객체를 생성하지만, 프로토타입 기반 언어는 객체들을 프로토타입으로 연결시킨다. 클래스라는 개념이 없기 때문에, 객체들을 연결 할 수 밖에 없다. 즉, 현재 존재하고 있는 객체를 프로토타입으로 사용하여, 해당 객체를 복제하여 재사용하는 것이 상속이다.

자바스크립트의 모든 객체는 프로토타입 객체를 가지고 있어 모든 객체는 그들의 프로토타입으로부터 프로퍼티와 메소드를 상속받는다.

function Person(first, last, age, eyecolor) {
  this.firstName = first;
  this.lastName = last;
  this.age = age;
  this.eyeColor = eyecolor;
  this.nationality = "English";
}

const myFather = new Person("John", "Doe", 50, "blue");
const myMother = new Person("Sally", "Rally", 48, "green");

Porson 객체에서 nationality는 변하지 않는 값이기 때문에 객체를 생성할 때마다 메모리가 불필요하게 많이 쌓이게 된다. 즉, 동일한 생성자 함수에 의해 생성된 모든 인스턴스가 동일한 메서드를 중복 소유하는 것은 메모리를 불필요하게 낭비하므로, 불필요한 중복을 제거할 필요가 있다.
이러한 문제점을 프로토타입을 이용하면 공유된 메모리로 사용할 수 있게 된다. 즉, 프로토타입을 기반으로 상속을 구현한다.

function Person(first, last, age, eyecolor) {
  this.firstName = first;
  this.lastName = last;
  this.age = age;
  this.eyeColor = eyecolor;
}

Person.prototype.nationality = "English"; 

Person.prototype.name = function() { 
  return this.firstName + " " + this.lastName;
};

const myFather = new Person("John", "Doe", 50, "blue");
const myMother = new Person("Sally", "Rally", 48, "green");

__proto__ 접근자 프로퍼티

자바스크립트의 모든 객체는 [[Prototype]]이라는 내부 슬롯을 가진다. [[Prototype]]의 값은 null 또는 객체이며 __proto__ 접근자 프로퍼티로 간접적으로 접근할 수 있다. (만약 직접 접근가능하다면, 서로가 서로의 프로토타입이 되면서 프로토타입 체인이 무한으로 돌게 된다. 즉, 프로토타입 체인의 단방향을 위해 직접적으로 접근할 수 없다.)
__proto__ 프로퍼티는 자식 오브젝트를 만들 때, 명시적으로 선언하지 않지만 자바스크립트 엔진이 내부적으로 할당한다.
__proto__ 프로퍼티를 통해 프로토타입에 접근하면 내부적으로 getter 함수인 [[Get]]이 호출되고, 새로운 프로토타입을 할당하면 setter 함수인 [[Set]]이 호출된다.

const obj = {};
const parent = { x: 1 };

obj.__proto__; //get__proto__가 호출되어 obj 객체의 프로토타입을 취득
obj.__proto__ = parent; //set__proto__가 호출되어 obj 객체의 프로토타입을 교체

모든 객체는 프로토타입 체인에 묶여있다. 자바스크립트 엔진은 객체의 프로퍼티에 접근하려고 할 때 해당 객체에 접근하려는 프로퍼티가 없을 경우 __proto__ 프로퍼티가 가리키는 참조를 따라 자신의 부모 프로토타입의 프로퍼티를 순차적으로 검색한다. 프로토타입 체인의 최상위 객체는 Object.prototype이며, 이 객체의 프로퍼티와 메서드는 모든 객체에 상속된다.

사용 불가한 객체도 있기 때문에 __proto__ 접근자 프로퍼티 사용은 권장하지 않는다.
대신, Object.getPrototypeOf(), Object.setPrototypeOf() 사용을 권장한다.

prototype 프로퍼티

함수도 객체이므로 [[Prototype]] 인터널 슬롯을 갖는다. 그런데 함수 객체는 일반 객체와는 달리 prototype 프로퍼티도 소유하게 된다.

(function () {}).hasOwnProperty('prototype'); // ture
({}).hasOwnProperty('prototype'); // false

prototype 프로퍼티는 생성자 함수가 생성할 객체의 프로토타입을 가리키므로, 생성자 함수로 호출할 수 없는 함수는 prototype 프로퍼티를 소유하지 않으며, 프로토타입도 생성하지 않는다.
ex) 화살표 함수, ES6 메서드 축약 표현으로 정의한 메서드

const Person = name => {
	this.name = name;
};
Person.hasOwnProperty('prototype'); // false
console.log(Person.prototype); // undefined

const obj = {
	foo() {}
};
obj.foo.hasOwnProperty('prototype'); // false
console.log(obj.prototype); // undefined

일반 함수도 prototype 프로토타입을 가지지만 객체를 생성하지 않는 일반 함수의 prototype 프로토타입은 의미가 없다.
__proto__ 프로퍼티와 prototype 프로퍼티는 동일한 프로토타입을 가리킨다. __proto__ 프로퍼티는 객체가 자신의 프로토타입에 접근/교체하기 위해 사용되지만, prototype 프로퍼티는 생성자 함수가 자신이 생성할 객체의 프로토타입을 할당하기 위해 사용된다.

constructor 프로퍼티

모든 프로토타입은 constructor 프로퍼티를 갖는다. constructor 프로퍼티는 prototype 프로퍼티로 자신을 참조하고 있는 생성자 함수를 가리킨다.

function Person(name) {
  this.name = name;
}
var foo = new Person('Lee');

console.log(Person.prototype.constructor === Person); //true
console.log(foo.constructor === Person); //true

하지만 리터럴 표현법으로 생성된 객체의 경우는 prototype의 constructor가 가리키는 생성자 함수가 객체를 생성한 생성자 함수가 아닐 수 있다. 추상연산 OrdinaryObjectCreate()를 호출하여 Object.prototype을 프로토타입으로 갖는 빈 객체를 생성한다.
리터럴 표기법으로 생성하여도 constructor 프로퍼티가 연결된다. 리터럴 표기법에 의해 생성된 객체도 상속을 위해 프로토타입이 필요하며, 이는 곧 constructor 프로퍼티와 연결된다. 즉, 프로토타입과 생성자 함수는 늘 함께 존재한다.

프로토타입 생성 시점

프로토타입은 언제나 쌍으로 존재하기 때문에 생성자 함수가 생성되는 시점에 더불어 생성된다.
사용자 정의 생성자 함수는 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점에 프로토타입이 생성된다. 런타임 이전에 자바스크립트 엔진에서 호이스팅된 함수를 정의한다. 이때 프로토타입이 같이 생성된다. 생성된 프로토타입의 프로토타입은 언제나 Object.protype이다.

Object, String, Number 등의 빌트인 생성자 함수들은 전역 객체가 생성되는 시점에 모든 프로토타입이 생성된다. 런타임 이전에 자바스크립트 엔진에서 전영 객체를 생성한다. 이때 프로토타입이 같이 생성된다.

프로포타입 체인

Object.prototype 객체는 어떠한 프로토타입도 가지지 않으며, 아무런 프로퍼티도 상속받지 않는다. 또한, 자바스크립트에 내장된 모든 생성자나 사용자 정의 생성자는 Object.prototype을 프로토타입으로 가진다. 프로토타입이 상속되는 가상의 연결 고리가 프로토타입 체인(prototype chain)이다. 즉, Object.prototype 객체는 프로토타입 체인에 가장 상위에 존재하는 프로토타입이다.

객체의 프로퍼티에 접근시 해당 객체에 접근하려는 프로퍼티가 없으면 [[Prototype]] 내부 슬롯의 참조를 따라서 자신의 부모역할을 하는 프로토타입의 프로퍼티를 순차적으로 검색해 올라간다. (상속과 프로퍼티 검색을 위한 매커니즘)
Object.prototype의 [[Prototype]] 내부슬롯은 null이고 종점까지 프로퍼티 검색을 못하면 undefined를 반환 받는다. (error를 발생시키지 않는다.)

인스턴스 메서드가 프로토타입 메서드를 오버라이딩했을 경우, 프로토타입 메서드가 가려지게 된다. 이렇게 상속 관계에 의해 부모 프로퍼티 메서드가 가려지는 것을 프로퍼티 섀도잉이라고 한다.

하위 객체를 통해 프로토타입의 프로퍼티를 변경/삭제하는 것은 불가능하다. 즉, 하위 객체를 통해 프로토타입에 get 액세스는 허용되지만, set 액세스는 허용되지 않는다.

프로토타입 교체

프로토타입은 임의의 다른 객체로 변경이 가능하다. 즉, 부모 객체인 프로토타입을 동적으로 변경할 수 있다. (객체 간의 상속 관계를 동적으로 변경 가능)

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

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

  return Person;
}());

const me = new Person('kim');

프로토타입으로 교체한 객체 리터럴에는 constructor 프로퍼티가 없다. (constructor 프로퍼티는 자바스크립트 엔진이 프로토타입을 생성할 때 암묵적으로 추가한 프로퍼티) 즉, 프로토타입을 교체하면 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결이 파괴된다.

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

const me = new Person('Kim');

// 교체할 객체 리터럴
const parent = {
  constructor: Person, // 추가
  sayHello(){
    console.log(`Hi~ My name is ${this.name}`);
  }
}

// 프로토타입 연결
Person.prototype = parent; 

// me의 객체 프로토타입을 parent로 교체한다.
Object.setPrototypeOf(me, parent);

prototype 프로퍼티가 아닌 인스턴스의 __proto__ 접근자 프로퍼티(또는 Object.getPrototypeOf)로도 프로토타입을 교체할 수 있다.
__proto__ 접근자 프로퍼티로 프로토타입을 교체하는 것은 이미 생성된 객체의 프로토타입을 교체하는 것이다.

프로토타입 교체를 통한 상속 관계를 동적으로 변경하는 것은 번거러우니, 직접 교체가 아닌 직접 상속 방법을 사용해야 더 편리하고 안전함

instanceof

instanceof 연산자는 객체가 어떤 클래스의 인스턴스인지를 알아내기 위해서 사용한다. 객체가 클래스의 인스턴스라면 결과로 참(true)이 나오고 아니라면 결과로 거짓(false)이 나온다.
instanceof는 프로토타입 체인을 확인할 수 있게 도와준다.
교체된 프로토타입의 constructor에 사용자 생성자함수가 연결되지 않아도, 사용자 생성자함수에 교체된 프로토타입이 연결되어 있다면, instanceof는 true.

Object.create

Object.create 메서드는 명시적으로 프로토타입을 지정하여 새로운 객체를 생성하고, 이를 기존 객체의 프로토타입으로 설정함으로써 상속을 구현한다. Object.create 메서드도 OrdinaryObjectCreate를 호출한다.

Object.create(상속 받을 프로토타입 객체, {프로퍼티 키: 프로퍼티 디스크립터 객체})
상속 받을 프로토타입 객체의 프로토타입 체인에 속하는 객체를 생성한다. 객체를 생성하면서, 동시제 직접적으로 상속을 구현할 수 있다.
상속받을 프로토타입을 null을 넣게 되면 프로토타입의 종점이 되어 Object.prototype의 빌트인 메서드를 사용할 수 없게 된다.

Object.create 메서드를 사용하게 되면 new 연산자 없이 객체 생성 가능하고, 프로토타입을 지정하며 객체 생성 가능하다. 또, 객체 리터럴로 생성된 객체도 상속 가능이 가능하다.

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

const myProto = { x: 10 };
const obj = {
	y : 20,
    __proto__ : myProto
};

프로퍼티 메서드

1. in 연산자

객체 내에 특정 프로퍼티가 존재하는지 여부를 확인

const person = {
  name: 'kim',
  region: 'Seoul'
};

console.log('name' in person); // true
console.log('toString' in person); // true
console.log('age' in person); // false

toString은 Object.prototype의 메서드이기 때문에 true를 반환한다.

2. Reflect.has 메서드

in 연산자와 동일하게 동작한다.

const person = { name: 'lee' };

console.log(Reflect.has(person, 'name')); // true

3. Object.prototype.hasOwnProperty 메서드

프로퍼티 키가 객체 고유의 프로퍼티 키인 경우에만 true를 반환한다.

const person = {
  name: 'kim',
  region: 'Seoul'
};

console.log(person.hasOwnProperty('name')); // true
console.log(person.hasOwnProperty('toString')); // false

4. for in 문

객체의 모든 프로퍼티 중 프로퍼티 어트리뷰트 [[Enumerable]]이 true인 프로퍼티를 순회하며 열거한다.
단, Object.prototype의 프로퍼티가 열거되지 않는다. Object.prototype.string 프로퍼티의 프로퍼티 어트리뷰트 [[Enumerable]]이 false이기 때문.

const person = {
  name: 'kim',
  region: 'Seoul'
};

for (const key in person) {
  console.log(key + ': ' + person[key]);
}

for in 문은 프로퍼티 키가 심벌인 프로퍼티는 열거하지 않는다. 또한, 프로퍼티를 열거할 때 순서를 보장하지 않는다. (대부분의 모던 브라우저는 순서를 보장한다.)

5. Object.keys/values/entries 메서드

keys 메서드는 객체 자신의 열거 가능한 프로퍼티 키를 배열로 반환한다.
values 메서드는 객체 자신의 열거 가능한 프로퍼티 값을 배열로 반환한다.
entries 메서드는 객체 자신의 열거 가능한 프로퍼티 키와 값의 쌍의 배열을 배열에 담아 반환한다.

참고 자료

프로토타입
[JavaScript] 프로토타입 쓰는 이유, 목적 그리고 사용법
5.14 Prototype
Prototype과 __proto__ 이해하기(1)
자바스크립트의 프로토타입 체인과 instanceof 연산자