[JavaScript] 21. 클로저

📖 모던 자바스크립트 교재 24장. 클로저

 

MDN에서 정의하는 클로저는 다음과 같다.

클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.

01. 렉시컬 스코프

클로저를 이해하려면 먼저 렉시컬 환경, 즉 렉시컬 스코프를 이해해야 한다.

 

자바스크립트 엔진은 함수가 정의된 위치에 따라 상위 스코프를 결정한다.
이를 렉시컬 스코프(정적 스코프)라고 한다.

 

그리고 객체가 생성되는 시점에 상위 스코프가 결정된다.

➡️ [[Envirnment]] 내부 슬롯에 저장

 

이후 함수가 호출되고 함수 몸체 코드가 평가되는 시점에 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에

객체가 생성될때 저장한 상위 스코프에 대한 참조값을 저장한다.

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02. 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 상위 스코프를 기억해야한다.
(상위  스코프는 함수 정의가 위치하는 스코프이다.)

 

이를 위해 함수는 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성할 때,
자신이 정의된 환경(위치)에 의해 결정된 상위 스코프의 참조를

함수 객체 자신의 내부 슬롯 [[Envirnment]]에 저장한다.

➡️ [[Environment]] 내부 슬롯에 저장된 상위 스코프의 참조는 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다.

 

➡️ 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯에 저장된 상위 스코프는 자신이 호출되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장될 참조값이다.

 

🖥️ 예시 코드 24-04

const x = 1;

function foo() {
  const x = 10;
  
  bar();
}

// 함수 bar는 전역 렉시컬 환경을 [[Environment]]에 저장하여 기억한다.
function bar() {
  console.log(x);
}

foo(); // 1
bar(); // 10

➡️ 그림의 ① - 전역 코드 평가 시점에서 foo와 bar함수 객체가 생성되며, 각 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 상위 스코프가 저장됨.

 

➡️ foo함수가 호출되면, ② foo함수의 렉시컬 환경이 생성되며, 외부 렉시컬 환경 환경에 대한 참조에 전역 렉시컬 환경의 참조(함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된)가 저장된다.

 

➡️ bar함수가 호출되면 ③ bar함수의 렉시컬 환경이 생성되며, 외부 렉시컬 환경 환경에 대한 참조에 전역 렉시컬 환경의 참조(함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된)가 저장된다.

 

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03. 클로저와 렉시컬 환경

💡 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우, 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료된 외부 함수의 변수를 참조 가능하다.

➡️ 이러한 중첩 함수를 클로저(closure)라고 부른다.

 

🖥️ 예제 코드 24-05

const x = 1;

// ①
function outer() {
  const x = 10;
  const inner = function () { console.log(x); }; // ②
  return inner;
}

// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 반환한다.
// 그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.
const innerFunc = outer(); // ③
innerFunc(); // ④ 10

③에서 outer함수를 호출하면 outer함수는 중첩 함수inner를 반환(return)하고 생명 주기를 마감한다.

➡️ 즉, outer함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다.
➡️ 이때 outer함수의 지역 변수 x 또한 생명 주기를 마감한다.

 

❓ 그러나 ④에서 inner함수 호출 결과는 outer함수의 지역 변수 x의 값인 10이다.

이미 생명 주기가 종료되어 실행 컨텍스트 스택에서 제거된 outer함수의 지역 변수 x가 다시 동작한다.

 

<위 코드 실행 순서>

1. 전역 코드 실행 (outer 객체 생성)

2. outer 함수 호출 (inner 객체 생성 및 반환)

3. innerFunc 전역 변수에 inner 함수 참조 할당

4. innerFunc호출로 inner 함수의 렉시컬 환경 생성 (inner함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯 참조)

 

⚠️ 2번에서 outer함수 호출되고 outer함수의 실행이 종료되어 outer함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거되었지만, outer함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다. 

➡️ 가비지 컬렉터는 참조하고 있는 메모리 공간을 해제하지 않는데, outer 함수의 렉시컬 환경은 참조되고 있기 때문.

 

💡 클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다.

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04. 클로저의 활용

💡 클로저는 상태(state)를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용된다.

➡️ 상태를 안전하게 은닉(information hiding)하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용된다.

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🖥️ 예제 코드 24-09 (num 변수의 값을 전역 변수로 관리)

// 카운트 상태 변수
let num = 0;

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = function () {
  // 카운트 상태를 1만큼 증가 시킨다.
  return ++num;
};

console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2
console.log(increase()); // 3

⚠️  위 코드는 오류의 가능성이 있어 좋지 않은 코드다. 

➡️ num 전역 변수에 언제든지 누구나 접근하여 변경이 가능하기 때문이다.

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🖥️ 예제 코드 24-10 (num 변수의 값을 함수의 지역 변수로 관리)

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0;

  // 카운트 상태를 1만큼 증가 시킨다.
  return ++num;
};

// 이전 상태를 유지하지 못한다.
console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 1

⚠️ 함수가 호출될 때마다 지역 변수num은 다시 선언되어 0으로 초기화되기 때문에 상태를 유지하지 못한다.

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🖥️ 예제 코드 24-11 (클로저 활용)

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = (function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0;

  // 클로저
  return function () {
    // 카운트 상태를 1만큼 증가 시킨다.
    return ++num;
  };
}());

console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2
console.log(increase()); // 3

➡️ 코드 설명

⭐ 클로저로 num의 상태(state)를 은닉하여 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 관리하고,

특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고 유지한다.

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* 🖥️ 예제 코드 24-12 (클로저 - 감소 기능 추가)

const counter = (function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0;

  // 클로저인 메서드를 갖는 객체를 반환한다.
  // 객체 리터럴은 스코프를 만들지 않는다.
  // 따라서 아래 메서드들의 상위 스코프는 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경이다.
  return {
    // num: 0, // 프로퍼티는 public하므로 은닉되지 않는다.
    increase() {
      return ++num;
    },
    decrease() {
      return num > 0 ? --num : 0;
    }
  };
}());

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

console.log(counter.decrease()); // 1
console.log(counter.decrease()); // 0

 

* 🖥️ 예제 코드 24-13 (클로저 - 생성자 함수로 표현)

const Counter = (function () {
  // ① 카운트 상태 변수
  let num = 0;

  function Counter() {
    // this.num = 0; // ② 프로퍼티는 public하므로 은닉되지 않는다.
  }

  Counter.prototype.increase = function () {
    return ++num;
  };

  Counter.prototype.decrease = function () {
    return num > 0 ? --num : 0;
  };

  return Counter;
}());

const counter = new Counter();

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

console.log(counter.decrease()); // 1
console.log(counter.decrease()); // 0

(위 예제 코드 24-12, 24-13 에서)increase, decrease 메서드는 프로토타입 메서드이다.
이 메서드들이 평가되어 함수 객체가 생성될 때 실행 중인 실행 컨텍스트는 즉시 실행 함수의 실행 컨텍스트이다.

따라서 increase, decrease메서드는 즉시 실행 함수의 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저 이다.

 

⭐ 다시 말하면 num변수의 값은 increase와 decrease메서드만이 변경할 수 있다.

 

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05. 캡슐화와 정보 은닉

💡 캡슐화(encapsulation) :  객체의 상태(state)를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것

💡 정보 은닉(information hiding) : 캡슐화가 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용할 때를 말함.

 

⚠️ 대부분의 객체지향 프로그래밍 언어는 public, private, protected와 같은 접근 제한자(access modifier)를 제공하지만,

⚠️ 자바스크립트는 제공하지 않는다. 즉 모든 프로퍼티와 메서드는 public이다. -> 외부에 공개되어 있다.

 

🖥️ 예제 코드 24-16 (인스턴스 메서드에서 지역 변수 참조)

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

➡️ _age 변수 : Person 생성자 함수의 지역 변수

-> private 함

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🖥️ 예제 코드 24-17 (-> sayHi 메서드의 중복 생성을 방지하기 위해, sayHi 메서드를 프로토타입 메서드로 변경)

function Person(name, age) {
  this.name = name; // public
  let _age = age;   // private
}

// 프로토타입 메서드
Person.prototype.sayHi = function () {
  // Person 생성자 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 없다
  console.log(`Hi! My name is ${this.name}. I am ${_age}.`);
};

⚠️ 프로토타입 메서드(Person.prototype.sayHi 메서드) 내에서는 Person 생성자 함수의 지역 변수인 _age를 참조할 수 없다.

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🖥️ 예제 코드 24-18 (프로토타입 메서드를 클로저로 활용)

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

➡️ 즉시 실행 함수로 감싸서 그 안에 지역 변수 _age를 선언하고,  Person생성자 함수와 Person.protytpe.sayHi메서드(프로토타입 메서드)를 선언하고 Person생성자 함수를 반환하도록 한다.

➡️ 그렇게되면 즉시 실행 함수는 종료되었지만 반환된 Person생성자 함수와 sayHi메서드는 여전히 지역 변수_age를 참조할 수 있는 클로저이다.

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* 🖥️ 예제 코드 24-19

⚠️ Person생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우, _age변수의 상태가 유지되지 않는다.

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

const you = new Person('Kim', 30);
you.sayHi(); // Hi! My name is Kim. I am 30.

// _age 변수 값이 변경된다!
me.sayHi(); // Hi! My name is Lee. I am 30.

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06. 자주 발생하는 실수

⚠️ for문을 사용할 때 for문 내부에 함수를 선언하는 경우 기대하지 않은 결과가 나타난다.

 

🖥️ 예제 코드 24-20

var funcs = [];

for (var i = 0; i < 3; i++) {
  funcs[i] = function () { return i; }; // ①
}

for (var j = 0; j < funcs.length; j++) {
  console.log(funcs[j]()); // ②
}

⚠️ 0 1 2가 출력될 것을 기대하였지만 3 3 3이 출력된다.
➡️ 이유는 var로 선언된 i변수는 전역 변수로 선언되었기 때문에 함수 선언문에 i값을 전달하였더라도,

호출하는 시점에는 i값이 3이기 때문에 3 3 3이 출력된다.

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🖥️ 예제 코드 24-21 (클로저를 사용해 정정한 코드)

var funcs = [];

for (var i = 0; i < 3; i++){
  funcs[i] = (function (id) { // ①
    return function () {
      return id;
    };
  }(i));
}

for (var j = 0; j < funcs.length; j++) {
  console.log(funcs[j]());
}

💡 for문 내부에 함수를 선언할 때 즉시 실행 함수로 감싸고 i값을 전달해 주도록 수정
➡️ 이렇게 하면 새로운 함수 레벨 스코프가 반복문을 반복하면서 계속 생겨 각각의 스코프에 i값이 id 매개변수에 저장되게 된다.

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* 🖥️ 예제 코드 24-22 (위 예제보다 더 간단한 방법 - let 키워드 사용)

const funcs = [];

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

for (let i = 0; i < funcs.length; i++) {
  console.log(funcs[i]()); // 0 1 2

➡️ let 키워드는 블록 레벨 스코프를 따르기 때문에 for문이 반복될 때 마다 새로운 렉시컬 환경이 생성된다.

 

 

📖 참고자료

https://www.inflearn.com/course/%EB%AA%A8%EB%8D%98-%EC%9E%90%EB%B0%94%EC%8A%A4%ED%81%AC%EB%A6%BD%ED%8A%B8-%EB%94%A5%EB%8B%A4%EC%9D%B4%EB%B8%8C/dashboard