19장 프로토타입 ⭐⭐⭐⭐⭐

JS는 명령형, 함수형, 프로토타입 기반 객체지향 프로그래밍을 지원하는 멀티 패러다임 프로그래밍 언어다. 거의 모든 것이 객체로 이루어져있다.

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19.1 객체지향 프로그래밍

객체지향 프로그래밍은 객체의 집합으로 프로그래밍을 표현하려는 프로그래밍 패러다임을 말한다. 객체지향 프로그래밍은 실세계의 실체를 인식하는 철학적 사고를 프로그래밍에 접목하려는 시도에서 시작한다. 실체는 특징이나 성질을 나타내는 속성을 가지고 있고 이를 통해 실체를 인식하거나 구별할 수 있다. 다양한 속성 중에서 프로그래밍에 필요한 속성만 간추려 표현하는 것을 추상화라 한다. 속성을 통해 여러 개의 값을 하나의 단위로 구성한 복합적인 자료구조를 객체라 하며 이러한 독립적인 객체의 집합으로 프로그램을 표현하려는 프로그램 패러다임을 객체지향 프로그래밍이라 한다.

객체지향 프로그래밍은 객체의 상태를 나타내는 데이터와 상태 데이터를 조작할 수 있는 동작을 하나의 논리적 단위로 묶어 생각한다. 따라서 객체는 상태 데이터와 동작을 하나의 논리적 단위로 묶은 복합적 자료구조라 할 수 있다.

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19.2 상속과 프로토타입

상속은 객체지향 프로그래밍의 핵심 개념으로 어떤 객체의 프로퍼티 또는 메서드를 다른 객체가 상속받아 그대로 사용할 수 있는 것을 말한다. JS는 프로토타입을 기반으로 상속을 구현해 불필요한 중복을 제거한다.

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

// 프로토타입에 메서드 추가
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 생성하는 모든 인스턴스는 하나의 getArea 메서드를 공유한다.
console.log(circle1.getArea === circle2.getArea) //true

상속은 코드의 재사용이란 관점에서 매우 유용하다. 공통적으로 사용할 프로퍼티나 메서드를 프로토타입에 미리 구현해 두면 생성자 함수가 생성할 모든 인스턴스는 별도의 구현 없이 상위 객체인 프로토타입의 자산을 공유해 사용할 수 있다.

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19.3 프로토타입 객체

프로토타입 객체(프로토타입)이란 객체지향 프로그래밍(OOP)의 근간을 이루는 객체 간 상속을 구현하기 위해 사용된다. 프로토타입은 상위 객체의 역할을 하는 객체로서 다른 객체에 공유 프로퍼티를 제공한다. 프로토타입을 상속받은 하위 객체는 상위 객체의 프로퍼티를 자신의 프로퍼티처럼 사용할 수 있다.

모든 객체는 [[Prototype]]이라는 내부 슬롯을 가지며, 내부 슬롯의 값은 프로토타입의 참조이다. [[Prototype]]에 저장되는 프로토타입은 객체 생성 방식에 의해 결정된다. 객체가 생성될 때 객체 생성 방식에 따라 프로토타입이 결정되고 [[Prototype]]에 저장된다.

모든 객체는 하나의 프로토타입을 갖는다. 그리고 모든 프로토타입은 생성자 함수와 연결되어 있다. proto 프로퍼티를 통해 자신의 프로토타입에 간접적으로 접근할 수 있다.

19.3.1 proto 접근자 프로퍼티

모든 객체는 proto 접근자 프로퍼티를 통해 자신의 프로토타입에 간접적으로 접근할 수 있다.

proto 접근자 프로퍼티는 상속을 통해 사용된다. proto 접근자 프로퍼티는 Object.prototype의 프로퍼티다. 모든 객체는 상속을 통해 Object.prototype.proto 접근자 프로퍼티를 사용할 수 있다.

proto 접근자 프로퍼티를 통해 프로토타입에 접근하는 이유는 상호 참조에 의해 프로토타입 체인이 생성되는 것을 방지하기 위해서다. 프로토타입 체인은 단방향 링크드 리스트로 구현되어야 한다. 즉, 한쪽 방향으로만 흘러야된다. 순환 참조하는 프로토타입 체인이 만들어지면 프로토타입 체인 종점이 존재하지 않기 때문에 무한 루프에 빠진다. 따라서 무조건적으로 프로토타입을 교체할 수 없도록 간접적으로 접근하게 설계되었다.

proto 접근자 프로퍼티를 코드 내에서 직접 사용하는 것은 권장하지 않는다. 모든 객체가 proto 접근자 프로퍼티를 사용할 수 있는 것은 아니기에 Object.getPrototypeOf 메서드로 참조하고, Object.setPrototypeOf 메서드로 교체하는 것이 좋다.

19.3.2 함수 객체의 prototype 프로퍼티

함수 객체만이 소유하는 prototype 프로퍼티는 생성자 함수가 생성할 인스턴스의 프로토타입을 가리킨다. 모든 객체가 갖는 proto 접근자 프로퍼티와 함수 객체만 갖는 prototype 프로퍼티는 동일한 프로토타입을 가리키지만 주체가 다르다. 주체에 맞는 프로퍼티를 사용해야한다.

19.3.3 프로토타입의 constructor 프로퍼티와 생성자 함수

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

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19.4 리터럴 표기법에 의해 생성된 객체의 생성자 함수와 프로토타입

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체도 물론 프로토타입이 존재한다. 하지만 프로토타입의 constructor 프로퍼티가 가리키는 생성자 함수가 반드시 객체를 생성한 생성자 함수라 단정할 수는 없다.

// 생성자 함수로 생성한 객체
const obj = new Object()
console.log(obj.constructor === Object) //true

// 리터럴 표기법으로 생성한 객체
const obj = {}
console.log(obj.constructor === Object) //true

하지만 위와 같이 객체 리터럴로 생성된 obj 객체는 Object 생성자 함수와 constructor 프로퍼티로 연결되어 있다. 이는 추상 연산 때문인데, 객체 리터럴이 평가될 때는 추상 연산 OrdinaryObjectCreate를 호출해 빈 객체를 생성하고 프로퍼티를 추가하도록 정의되어 있다고 한다. 이는 Object 생성자 함수의 구현시 인수를 전달하지 않거나 undefined 또는 null을 인수로 전달하면서 호출할 때 추상 연산 OrdinaryObjectCreate를 호출해 Object.prototype을 프로토타입으로 갖는 객체를 생성하는 현상과 같다. 따라서 객체 리터럴에 의해 생성된 객체는 Object 생성자 함수 호출과 객체로서 동일한 특성을 갖는다.(차이는 있지만…)

프로토타입과 생성자 함수는 단독으로 존재할 수 없고 언제나 쌍으로 존재한다.

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19.5 프로토타입의 생성 시점

모든 객체는 생성자 함수와 연결되어 있다. 프로토타입은 생성자 함수가 생성되는 시점에 더불어 생성된다. 생성자 함수는 사용자 정의 생성자 함수와 빌트인 생성자 함수로 구분할 수 있다.

19.5.1 사용자 정의 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

내부 메서드 [[Construct]]를 갖는 함수 객체, 즉 일반 함수(함수 선언문, 함수 표현식)로 정의한 함수 객체는 new 연산자와 함께 생성자 함수로서 호출할 수 있다.

생성자 함수로서 호출할 수 있는 함수, constructor는 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점에 프로토타입도 더불어 생성된다.

// 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점에 프로토타입도 생성된다.
console.log(Person.prototype) // {constructor:f}

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

// non-constructor는 프로토타입이 생성되지 않는다.
const Person = name => {
	this.name = name
}

console.log(Person.prototype) //undefined

함수 선언문은 런타임 이전에 JS 엔진에 의해 먼저 실행된다. 따라서 함수 선언문으로 정의된 생성자 함수는 어떤 코드보다 먼저 평가되어 함수 객체가 된다. 이때 프로토타입도 생성된다. 생성된 프로토타입은 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩된다.

19.5.2 빌트인 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

모든 빌트인 생성자 함수는 전역 객체가 생성되는 시점에 생성된다. 생성된 프로토타입은 빌트인 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩된다. 이후 생성자 함수 또는 리터럴 표기법으로 객체를 생성하면 프로토타입은 생성된 객체의 [[Prototype]] 내부 슬롯에 할당된다. 이로써 객체는 프로토타입을 상속받는다.

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19.6 객체 생성 방식과 프로토타입의 결정

객체는 다양한 생성 방식이 있다. 세부적인 차이는 있으나 추상 연산 OrdinaryObjectCreate에 의해 생성된다는 공통점이 있다. 추상 연산은 필수적으로 자신이 생성할 객체의 프로토타입을 인수로 전달받는다. 그리고 생성할 객체에 추가할 프로퍼티 목록을 옵션으로 전달할 수 있다.

OrdinaryObjectCreate는 빈 객체를 생성한 후

⇒ 객체에 추가할 프로퍼티 목록이 인수로 전달된 경우 프로퍼티를 객체에 추가한다.

⇒ 인수로 전달받은 프로토타입을 자신이 생성한 객체의 [[Prototype]] 내부 슬롯에 할당한 다음

⇒ 생성한 객체를 반환한다.

19.6.1 객체 리터럴에 의해 생성된 객체의 프로토타입

JS 엔진은 객체 리터럴을 평가해 객체를 생성할 때 추상 연산 OrdinaryObjectCreate 를 호출한다. 이때 전달되는 프로토타입은 Object.prototype이다. 즉, 객체 리터럴에 의해 생성되는 객체의 프로토타입은 Object.prototype이다.

객체 리터럴에 의해 생성된 객체는 Object.prototype을 프로토타입으로 갖게 되며, Object.prototype을 상속받는다.

19.6.2 Object 생성자 함수에 의해 생성된 객체의 프로토타입

Object 생성자 함수를 호출하면 추상 연산 OrdinaryObjectCreate 가 호출된다. 이때 전달되는 프로토타입은 Object.prototype이다. 즉, Object 생성자 함수에 의해 생성되는 객체의 프로토타입은 Object.prototype이다.

객체 리터럴과 Object 생성자 함수에 의한 객체 생성 방식의 차이는 프로퍼티를 추가하는 방식에 있다. 객체 리터럴 방식은 객체 리터럴 내부에 프로퍼티를 추가하지만, Object 생성자 함수 방식은 일단 빈 객체를 생성한 후 프로퍼티를 추가해야 한다.

19.6.3 생성자 함수에 의해 생성된 객체의 프로토타입

new 연산자와 함께 생성자 함수를 호출해 인스턴스를 생성하면 추상 연산 OrdinaryObjectCreate 가 호출된다. 이때 전달되는 프로토타입은 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩되어 있는 객체다. 즉, 생성자 함수에 의해 생성되는 객체의 프로토타입은 prototype 프로퍼티에 바인딩되어 있는 객체다.

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19.7 프로토타입 체인

JS는 객체의 프로퍼티에 접근하려 할 때 해당 객체에 접근하려는 프로퍼티가 없다면 [[Prototype]] 내부 슬롯의 참조를 따라 부모 역할을 하는 프로토타입의 프로퍼티를 순차적으로 검색한다. 이를 프로토타입 체인이라 한다. 프로토타입 체인은 JS가 OOP의 상속을 구현하는 메커니즘이다.

프로토타입 체인의 최상위 객체는 언제나 Object.prototype이다. 따라서 모든 객체는 Object.prototype을 상속받는다. 이를 프로토타입 체인의 종점이라 한다. (종점의 prototype은 null)

프로토타입 체인의 종점에서도 프로퍼티를 검색할 수 없는 경우 에러없이 undefined를 반환한다.

프로토타입 체인은 상속과 프로퍼티 검색을 위한 메커니즘이다. 이에 반해 프로퍼티가 아닌 식별자는 스코프 체인에서 검색한다. 다시 말해, JS 엔진은 함수의 중첩 관계로 이루어진 스코프의 계층적 구조에서 식별자를 검색한다. 따라서 스코프 체인은 식별자 검색을 위한 메커니즘이다.

스코프 체인과 프로토타입 체인은 서로 협력하여 식별자와 프로퍼티를 검색하는데 사용된다.

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19.8 오버라이딩과 프로퍼티 섀도잉

프로토타입이 소유한 프로퍼티를 프로토타입 프로퍼티, 인스턴스가 소유한 프로퍼티를 인스턴스 프로퍼티라 부른다.

프로토타입 프로퍼티와 같은 이름의 프로퍼티를 인스턴스에 추가하면 프로토타입 체인을 따라 검색해 덮어쓰는게 아니라 인스턴스 프로퍼티로 추가한다. 이때 인스턴스 프로퍼티는 프로토타입 프로퍼티를 오버라이딩했고 프로토타입 프로퍼티는 가려진다. 이처럼 상속 관계에 의해 프로퍼티가 가려지는 현상을 프로퍼티 섀도잉이라 한다.

하위 객체를 통해 프로토타입의 프로퍼티를 변경 또는 삭제하는 것은 불가능하다. = 하위 객체를 통해 get 엑서스는 허용되나 set은 불가능하다.

프로토타입 프로퍼티를 변경 또는 삭제하려면 직접 접근해야 한다.

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19.9 프로토타입의 교체

프로토타입은 임의의 객체로 변경할 수 있다. 이는 부모 객체인 프로토타입을 동적으로 변경할 수 있다는 의미이다. 이러한 특징을 활용해 객체간 상속 관계를 동적으로 변경할 수 있다. 프로토타입은 생성자 함수 또는 인스턴스에 의해 교체할 수 있다.

19.9.1 생성자 함수에 의한 프로토타입 교체

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

	//생성자 함수의 prototype 프로퍼티를 통해 프로토타입 교체
	Person.prototype = {
		constructor: Person,
		sayHello(){console.log(`Hi! My name is ${this.name}}`)
	}
	return Person
}{})

const me = new Person('Lee')

console.log(me.constructor === Person) //true
console.log(me.constructor === Object) //false

19.9.2 인스턴스에 의한 프로토타입 교체

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

const me = new Person('Lee')

const parent = {
	constructor: Person,
	sayHello(){console.log(`Hi! My name is ${this.name}`}
}

Person.prototype = parent

Object.setPrototypeOf(me, parent)

me.sayHello()

console.log(me.constructor === Person) //true
console.log(me.constructor === Object) //false
console.log(Person.prototype === Object.getPrototypeOf(me)) //true

프로토타입 교체를 통해 동적으로 변경하는건 굉장히 번거롭다. 따라서 직접 교체하지 않는 것이 좋다. 직접 상속이 더 편리하고 안전하다. 그리고 클래스를 통하면 간편하고 직관적으로 상속 관계를 구현할 수 있다고 한다.

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19.10 instanceof 연산자

instanceof 연산자는 이항 연산자로서 좌변에 객체를 가리키는 식별자, 우변에 생성자 함수를 가리키는 식별자를 피연산자로 받는다. 만약 우변의 피연산자가 함수가 아니면 TypeError가 발생한다.

객체 instanceof 생성자 함수

우변의 생성자 함수의 prototype에 바인딩된 객체가 좌변의 객체의 프로토타입 체인 상에 존재하면 true로 평가되고, 그렇지 않으면 false로 평가된다.

instanceof 연산자는 생성자 함수의 prototype에 바인딩된 객체가 프로토타입 체인 상에 존재하는지 확인한다.

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19.11 직접 상속

19.11.1 Object.create에 의한 직접 상속

Object.create 메서드는 명시적으로 프로토타입을 지정해 새로운 객체를 생성한다.

Object.create(prototype[, propertiesObject])
//첫번째 매개변수에는 프로토타입으로 지정할 객체
//두번째 매개변수에는 생성할 객체의 프로퍼티 키와 프로퍼티 디스크럽처 객체로 이루어진 객체(option)

객체를 생성하면서 직접적으로 상속을 구현한다는 점 외에도 new 연산자 없이 객체 생성 가능 프로토타입을 지정하면서 객체 생성 가능 객체 리터럴에 의해 생성된 객체도 상속받을 수 있다는 장점이 있다.

Object.prototype의 빌트인 메서드를 직접적으로 호출할 수는 있지만 권장하지 않는다. 프로토타입 체인의 종점에 위치하는 객체를 만들 수도 있기 때문이다. 그 객체들은 빌트인 메서드를 사용할 수 없다. 따라서 간접적으로 호출하는 것이 좋다.

const obj = Object.create(null)
obj.a = 1
console.log(Object.prototype.hasOwnProperty.call(obj,'a') // true

19.11.2 객체 리터럴 내부에서 __proto__에 의한 직접 상속

const myProto = {x:10}

const obj = {
	y: 20,
 __proto__: myProto
}

console.log(obj.x, obj.y) // 10 20
console.log(Object.getPrototypeOf(obj) === myProto) // true

19.12 정적 프로퍼티/메서드

정적 프로퍼티/메서드는 생성자 함수로 인스턴스를 생성하지 않아도 참조/호출할 수 있는 프로퍼티/메서드를 말한다.

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

// 프로토타입 메서드
Person.prototype.sayHello = function (){
	console.log(`Hi! My name is ${this.name}`)
}

// 정적 프로퍼티
Person.staticProp = 'static prop'

// 정적 메서드
Person.staticMethod = function (){
	console.log('staticMethod')
}

const me = new Person('Lee')

// 생성자 함수에 추가한 정적 프로퍼티/메서드는 생성자 함수로 참조/호출한다.
Person.staticMethod() //staticMethod

// 정적 프로퍼티/메서드는 생성자 함수가 생성한 인스턴스로 참조/호출할 수 없다.
// 인스턴스로 참조/호출할 수 있는 프로퍼티/메서드는 프로토타입 체인 상에 존재해야 한다.
me.staticMethod() // TypeError

정적 메서드 = 프로토타입 체인 상 존재하지 않아 인스턴스로 사용할 수 없음

인스턴스/프로토타입 메서드 내에서 this를 사용하지 않으면 정적 메서드로 변경할 수 있다.

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19.13 프로퍼티 존재 확인

19.13.1 in 연산자

in 연산자는 객체 내 특정 프로퍼티가 존재하는지 여부를 확인한다.

// key in object
const tot = {
	player: 'Son',
	coach: 'conte'
}

console.log('player' in tot) // true
console.log('coach' in tot) // true
console.log('championship' in tot) // false

console.log(Reflect.has(tot, 'player')) // true

ES6에서 도입된 Reflect.has 메서드도 동일하게 작동함

19.13.2 Object.prototype.hasOwnProperty 메서드

특정 프로퍼티가 존재하는지 확인할 수 있다.

// 위와 이어짐
console.log(tot.hasOwnProperty('player')) //true
console.log(tot.hasOwnProperty('coach')) //true

인수로 전달받은 프로퍼티 키가 객체 고유의 프로퍼티 키인 경우에만 true를 반환하고 상속받은 프로토타입의 프로퍼티 키인 경우 false를 반환한다.

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19.14 프로퍼티 열거

19.14.1 for … in 문

객체의 모든 프로퍼티를 순회하며 열거하려면 for…in 문을 사용한다.

const person = {
	name: 'Son',
	address: 'London'
}

for(const key in person){
	console.log(key + ': ' + person[key]
}
//name:Son
//address: London

for…in 문은 객체의 프로토타입 체인 상에 존재하는 모든 프로토타입의 프로퍼티 중 프로퍼티 어트리뷰트 [[Enumerable]]의 값이 true인 프로퍼티를 순회하며 열거한다.

배열에는 Array.prototype.forEach 메서드나 for, for…of 사용을 권장한다.

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19.14.2 Object.keys/values/entries 메서드

for … in 문은 고유 프로퍼티 뿐 아니라 상속받은 프로퍼티도 열거한다. 따라서 Object.prototype.hasOwnProperty 메서드를 사용해 객체 자신의 프로퍼티인지 확인하는 추가 처리가 필요하다. 이때 Object.keys/values/entries 메서드의 사용이 권장된다.

Object.keys 메서드는 객체 자신의 열거 가능한 프로퍼티 키를 배열로 반환한다.

Object.values 메서드는 객체 자신의 열거 가능한 프로퍼티 값를 배열로 반환한다.

Object.entries 메서드는 객체 자신의 열거 가능한 프로퍼티 키와 값의 쌍을 배열에 담아 반환한다.