모던자바스크립트 3(19장) 프로토타입

프로토타입

1. 객체지향 프로그래밍

객체지향 프로그래밍은 프로그램을 명령어 또는 함수의 목록으로 보는 전통적인 명령어 프로그래밍의 절차지향적 관점에서 벗어나 여러 개의 독립적 단위, 즉 객체의 집합으로 프로그램을 표현하려는 프로그래밍 패러다임을 말한다.

추상화 : 다양한 속성 중에서 프로그램에 필요한 속성만 간추려 내어 표현하는 것

속성을 통해 여러 개의 값을 하나의 단위로 구성한 복합적인 자료구조를 객체라 한다.

객체지향 프로그래밍은 객체의 상태(state)를 나타내는 데이터와 상태 데이터를 조작할 수 있는 동작(behavior)을 하나의 논리적인 단위로 묶어 생각한다. 따라서 객체는 상태 데이터와 동작을 하나의 논리적인 단위로 묶은 복합적인 자료구조라고 할 수 있다. 이때 객체의 상태 데이터를 프로퍼티, 동작을 메서드라 부른다.

 

2. 상속과 프로토타입

자바스크립트는 프로토타입을 기반으로 상속을 구현한다.

상속은 코드의 재사용이란 관점에서 매우 유용하다.

// 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);

 

3. 프로토타입 객체

프로토타입 객체(줄여서 프로토타입)은 객체지향 프로그래밍의 근간을 이루는 객체 간 상속을 구현하기 위해 사용된다. 프로토타입은 어떤 객체의 상위(부모) 객체의 역할을 하는 객체로서 다른 객체에 공유 프로퍼티(메서드 포함)를 제공한다. 프로토타입을 상속받은 하위(자식) 객체는 상위 객체의 프로퍼티를 자신의 프로퍼티처럼 자유롭게 사용할 수 있다.

모든 객체는 하나의 프로토타입을 갖는다. 그리고 모든 프로토타입은 생성자 함수와 연결되어 있다. 즉, 객체와 프로토타입과 생성자 함수는 서로 연결되어 있다.

내부 슬롯은 프로퍼티가 아니다. [[Prototype]] 내부 슬롯에도 직접 접근할 수 없으며 __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 간접적으로 접근한다.

 

__proto__ 접근자 프로퍼티

__proto__는 접근자 프로퍼티다. 접근자 함수, 즉 [[Get]], [[Set]] 프로퍼티 어트리뷰트로 구성된 프로퍼티다.

Object.getOwnPropertyDescriptor(Object.prototype,'__proto__')
{enumerable: false, configurable: true, get: ƒ, set: ƒ}

 

__proto__ 접근자 프로퍼티는 상속을 통해 사용된다.

const person = { name: 'Lee' };

// person 객체는 __proto__ 프로퍼티를 소유하지 않는다.
console.log(person.hasOwnProperty('__proto__')); // false

// __proto__ 프로퍼티는 모든 객체의 프로토타입 객체인 Object.prototype의 접근자 프로퍼티다.
console.log(Object.getOwnPropertyDescriptor(Object.prototype, '__proto__'));
// {get: ƒ, set: ƒ, enumerable: false, configurable: true}

// 모든 객체는 Object.prototype의 접근자 프로퍼티 __proto__를 상속받아 사용할 수 있다.
console.log({}.__proto__ === Object.prototype); // true

 

__proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 프로토타입에 접근하는 이유

상호 참조에 의해 프로토타입 체인이 생성되는 것을 방지하기 위해서다. 프로토타입 체인은 단방향 링크드 리스트로 구현되어야 한다.

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

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

 

__proto__ 접근자 프로퍼티를 코드 내에서 직접 사용하는 것은 권장하지 않는다.

__proto__접근자 프로퍼티 대신 프로토타입의 참조를 취득하고 싶은 경우에는 Object.getPrototypeOf,

프로토타입을 교체하고 싶은 경우에는 Object.setPrototypeOf 메서드 사용

 

함수 객체의 prototype 프로퍼티

함수 객체만이 소유하는 prototype 프로퍼티는 생성자 함수가 생성할 인스턴스의 프로토타입을 가리킨다.

생성자 함수로 호출하기 위해 정의하지 않은 일반 함수도 prototype을 소유하지만 객체를 생성하지 않는 일반 함수의 prototype 프로퍼티는 아무런 의미가 없다.

ES6 예시

// 화살표 함수는 non-constructor다.
const Person = name => {
  this.name = name;
};

// non-constructor는 prototype 프로퍼티를 소유하지 않는다.
console.log(Person.hasOwnProperty('prototype')); // false

// non-constructor는 프로토타입을 생성하지 않는다.
console.log(Person.prototype); // undefined

// ES6의 메서드 축약 표현으로 정의한 메서드는 non-constructor다.
const obj = {
  foo() {}
};

// non-constructor는 prototype 프로퍼티를 소유하지 않는다.
console.log(obj.foo.hasOwnProperty('prototype')); // false

// non-constructor는 프로토타입을 생성하지 않는다.
console.log(obj.foo.prototype); // undefined

비교

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

const me = new Person('Lee');

// 결국 Person.prototype과 me.__proto__는 결국 동일한 프로토타입을 가리킨다.
console.log(Person.prototype === me.__proto__);  // true

 

프로토타입의 constructor 프로퍼티와 생성자 함수

모든 프로토타입은 constructor 프로퍼티를 갖는다. 이 constructor 프로퍼티는 prototype 프로퍼티로 자신을 참조하고 있는 생성자 함수를 가리킨다. 이 연결을 생성자 함수가 생성될 때, 즉 함수 객체가 생성될 때 이뤄진다.

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

const me = new Person('Lee');

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

 

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체의 생성자 함수와 프로토타입

constructor 프로퍼티가 가리키는 생성자 함수는 인스턴스를 생성한 생성자 함수다.

프로토타입과 생성자 함수는 단독을 존재할 수 없고 언제나 쌍으로 존재한다.

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체는 생성자 함수에 의해 생성된 객체는 아니다. 하지만 큰 틀에서 생각해보면 리터럴 표기법으로 생성한 객체도 생성자 함수로 생성한 객체와 본질적인 면에서 큰 차이는 없다.

// 2. Object 생성자 함수에 의한 객체 생성
// Object 생성자 함수는 new 연산자와 함께 호출하지 않아도 new 연산자와 함께 호출한 것과 동일하게 동작한다.
// 인수가 전달되지 않았을 때 추상 연산 OrdinaryObjectCreate를 호출하여 빈 객체를 생성한다.
let obj = new Object();
console.log(obj); // {}

// 1. new.target이 undefined나 Object가 아닌 경우
// 인스턴스 -> Foo.prototype -> Object.prototype 순으로 프로토타입 체인이 생성된다.
class Foo extends Object {}
new Foo(); // Foo {}

// 3. 인수가 전달된 경우에는 인수를 객체로 변환한다.
// Number 객체 생성
obj = new Object(123);
console.log(obj); // Number {123}

// String  객체 생성
obj = new Object('123');
console.log(obj); // String {"123"}

 

프로토타입의 생성 시점

constructor는 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점에 프로토타입도 더불어 생성된다. 객체가 생성되기 이전에 생성자 함수와 프로토타입은 이미 객체화되어 존재한다. 이후 생성자 함수 또는 리터럴 표기법으로 객체를 생성하면 프로토타입은 생성된 객체의 [[Prototype]]의 내부 슬롯에 할당된다.

 

객체 생성 방식과 프로토타입의 결정

다양한 방식으로 생성된 모든 객체는 각 방식마다 세부적인 객체 생성 방식의 차이는 있으나 추상 연산 OrdinaryObjectCreate에 의해 생성된다는 공통점이 있다.

 

객체 리터럴, Object 생성자 함수

생성한 obj 객체는 constructor 프로퍼티와 hasOwnProperty 메서드 등을 소유하지 않지만 자신의 프로토타입인 Object.prototype의 constructor 프로퍼티와 hasOwnProperty 메서드를 자신의 자산인 것처럼 자유롭게 사용할 수 있다. 이는 obj 객체가 자신의 프로토타입은 Object.prototype 객체를 상속받았기 때문이다.

const obj = { x: 1 };

// 객체 리터럴에 의해 생성된 obj 객체는 Object.prototype을 상속받는다.
console.log(obj.constructor === Object); // true
console.log(obj.hasOwnProperty('x'));    // true

 

프로토타입 Person.prototype에 프로퍼티를 추가하여 하위(자식) 객체가 상속받을 수 있도록 구현. 추가/삭제된 프로퍼티는 프로토타입 체인에 즉각 반영

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

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

const me = new Person('Lee');
const you = new Person('Kim');

me.sayHello();  // Hi! My name is Lee
you.sayHello(); // Hi! My name is Kim

 

프로토타입 체인

Person 생성자 함수에 의해 생성된 me 객체는 Object.prototype의 메서드인 hasOwnProperty를 호출할 수 있다. 이것은 me 객체가 Person.prototype뿐만 아니라 Object.prototype도 상속받았다는 것을 의미한다.

Object.getPrototypeOf(me) === Person.prototype; // -> true
Object.getPrototypeOf(Person.prototype) === Object.prototype; // -> true

자바스크립트는 객체의 프로퍼티(메서드 포함)에 접근하려고 할 때 해당 객체에 접근하려는 프로퍼티가 없다면 [[Prototype]] 내부 슬롯의 참조를 따라 자신의 부모 역할을 하는 프로토타입의 프로퍼티를 순차적으로 검색한다. 이를 프로토타입 체인이라 한다. 프로토타입 체인은 자바스크립트가 객체지향 프로그래밍의 상속을 구현하는 메커니즘이다.

프로토타입 체인은 상속과 프로퍼티 검색을 위한 메커니즘이다.

이에 반해, 프로퍼티가 아닌 식별자는 스코프 체인에서 검색한다. 다시 말해, 자바스크립트 엔진은 함수의 중첩 관계롤 이루어진 스코프의 계층적 구조에서 식별자를 검색한다. 따라서 스코프 체인은 식별자 검색을 위한 메커니즘이라고 할 수 있다.

 

오버라이딩과 프로퍼티 섀도잉

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

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

  // 생성자 함수를 반환
  return Person;
}());

const me = new Person('Lee');

// 인스턴스 메서드
me.sayHello = function () {
  console.log(`Hey! My name is ${this.name}`);
};

// 인스턴스 메서드가 호출된다. 프로토타입 메서드는 인스턴스 메서드에 의해 가려진다.
me.sayHello(); // Hey! My name is Lee

* 오버라이딩 : 상위 클래스가 가지고 있는 메서드를 하위 클래스가 재정의하여 사용하는 방식

* 오버로딩 : 매개변수의 타입 또는 개수가 다른 메서드를 구현하고 매개변수에 의해 메서드를 구별하여 호출하는 방식(자스는 지원x, arguments로 구현할 수는 있어)

 

상속 관계에 의해 프로퍼티가 가려지는 현상을 프로퍼티 섀도잉이라 한다.

하위 객체를 통해 프로토타입의 프로퍼티를 변경 또는 삭제하는 것은 불가능하다.(get은 가능하나 set은 불가)

프로토타입 프로퍼티를 변경 또는 삭제하려면 하위 객체를 통해 프로토타입 체인으로 접근하는 것이 아니라 프로토타입에 직접 접근해야 한다.

 

프로토타입의 교체

1. 생성자 하수에 의한 프로토타입의 교체

프로토타입은 임의의 다른 객체로 변경할 수 있다. 이것은 부모 객체인 프로토타입을 동적으로 변경할 수 있다는 것을 의미한다.

아래의 코드를 작성하면 Person의 prototype에는 constructor 프로퍼티가 존재하지 않는다. 물론 최상위 Object의 prototype에는 constructor가 존재한다. 따라서 me 객체의 생성자 함수를 검색하면 Person이 아닌 Object가 나온다.

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

  // ① 생성자 함수의 prototype 프로퍼티를 통해 프로토타입을 교체
  Person.prototype = {
    sayHello() {
      console.log(`Hi! My name is ${this.name}`);
    }
  };

  return Person;
}());

const me = new Person('Lee');

// 프로토타입을 교체하면 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결이 파괴된다.
console.log(me.constructor === Person); // false
// 프로토타입 체인을 따라 Object.prototype의 constructor 프로퍼티가 검색된다.
console.log(me.constructor === Object); // true

 

아래 방법으로 파괴된 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결을 되살린다.

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

  // 생성자 함수의 prototype 프로퍼티를 통해 프로토타입을 교체
  Person.prototype = {
    // constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결을 설정
    constructor: Person,
    sayHello() {
      console.log(`Hi! My name is ${this.name}`);
    }
  };

  return Person;
}());

 

2. 인스턴스에 의한 프로토타입의 교체

프로토타입은 생성자 함수의 prototype 프로퍼티뿐만 아니라 인스턴스의 __proto__ 접근자 프로퍼티(또는 Object.getPrototypeOf 메서드)를 통해 접근할 수 있다. 따라서 인스턴스의 __proto__ 접근자 프로퍼티(또는 Object.setPrototypeOf 메서드)를 통해 프로토타입을 교체할 수 있다.

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

const me = new Person('Lee');

// 프로토타입으로 교체할 객체
const parent = {
  sayHello() {
    console.log(`Hi! My name is ${this.name}`);
  }
};

// ① me 객체의 프로토타입을 parent 객체로 교체한다.
Object.setPrototypeOf(me, parent);
// 위 코드는 아래의 코드와 동일하게 동작한다.
// me.__proto__ = parent;

me.sayHello(); // Hi! My name is Lee
console.log(me.constructor === Object); // true

 

생성자 함수에 의한 프로토타입 교체와 인스턴스에 의한 프로토타입 교체는 미묘한 차이가 있다.

인스턴스에 의한 프로토타입 교체는 생성자 함수의 prototype 프로퍼티가 교체된 프로토타입을 가리키지 않는다.

* 프로토타입은 직접 교체하지 않는 것이 좋다. 직접상속이나 클래스 사용

 

instanceof 연산자

이항 연산자로서 좌변에 객체를 가리키는 식별자, 우변에 생성자 함수를 가리키는 식별자를 피연산자로 받는다. 

instanceof 연산자는 프로토타입의 constructor 프로퍼티가 가리키는 생성자 함수를 찾는 것이 아니라

생성자 함수의 prototype에 바인딩된 객체가 프로토타입 체인 상에 존재하는지 확인한다.

 

직접 상속

Object.create에 의한 직접 상속

Object.create 메서드의 첫 번째 매개변수에는 생성할 객체의 프로토타입으로 지정할 객체를 전달한다. 두번째 매개변수에는 생성할 객체의 프로퍼티 키와 프로퍼티 디스크립터 객체로 이뤄진 객체를 전달한다.

// 프로토타입이 null인 객체를 생성한다. 생성된 객체는 프로토타입 체인의 종점에 위치한다.
// obj → null
let obj = Object.create(null);
console.log(Object.getPrototypeOf(obj) === null); // true
// Object.prototype을 상속받지 못한다.
console.log(obj.toString()); // TypeError: obj.toString is not a function

// obj → Object.prototype → null
// obj = {};와 동일하다.
obj = Object.create(Object.prototype);
console.log(Object.getPrototypeOf(obj) === Object.prototype); // true

// obj → Object.prototype → null
// obj = { x: 1 };와 동일하다.
obj = Object.create(Object.prototype, {
  x: { value: 1, writable: true, enumerable: true, configurable: true }
});
// 위 코드는 다음과 동일하다.
// obj = Object.create(Object.prototype);
// obj.x = 1;
console.log(obj.x); // 1
console.log(Object.getPrototypeOf(obj) === Object.prototype); // true

const myProto = { x: 10 };
// 임의의 객체를 직접 상속받는다.
// obj → myProto → Object.prototype → null
obj = Object.create(myProto);
console.log(obj.x); // 10
console.log(Object.getPrototypeOf(obj) === myProto); // true

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

// obj → Person.prototype → Object.prototype → null
// obj = new Person('Lee')와 동일하다.
obj = Object.create(Person.prototype);
obj.name = 'Lee';
console.log(obj.name); // Lee
console.log(Object.getPrototypeOf(obj) === Person.prototype); // true

eslint에서는 Object.prototype 빌트인 메서드를 객체가 직접 호출하는 것을 권장하지 않는다. 그 이유는 프로토타입 체인의 종점에 위치하는 객체를 생성할 수 있기 때문이다. call 사용

// 프로토타입이 null인 객체를 생성한다.
const obj = Object.create(null);
obj.a = 1;

// console.log(obj.hasOwnProperty('a')); // TypeError: obj.hasOwnProperty is not a function

// Object.prototype의 빌트인 메서드는 객체로 직접 호출하지 않는다.
console.log(Object.prototype.hasOwnProperty.call(obj, 'a')); // true

 

객체 리터럴 내부에서 __proto__에 의한 직접 상속

es6에서는 객체 리터럴 내부에서 직접 상속 가능

const myProto = { x: 10 };

// 객체 리터럴에 의해 객체를 생성하면서 프로토타입을 지정하여 직접 상속받을 수 있다.
const obj = {
  y: 20,
  // 객체를 직접 상속받는다.
  // obj → myProto → Object.prototype → null
  __proto__: myProto
};
/* 위 코드는 아래와 동일하다.
const obj = Object.create(myProto, {
  y: { value: 20, writable: true, enumerable: true, configurable: true }
});
*/

 

정적 프로퍼티/메서드

정적(static) 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: me.staticMethod is not a function

 

프로퍼티 존재 확인

in 연산자는 객체 내에 특정 프로퍼티가 존재하는지 여부를 확인(상속받은 것도 포함)

key in object

es6 Reflect.has(object, key)는 in과 동일하게 동작

Object.prototype.hasOwnProperty는 인수로 전달받은 프로퍼티 키가 객체 고유의 프로퍼티 키인 경우만 true, 상속 false

person.hasOwnProperty('toString'))  // false

 

프로퍼티 열거

for ... in 문

for (변수선언문 in 객체) {...}

상속받은 프로토타입의 프로퍼티까지 열거한다. 하지만 Object.prototype의 프로퍼티는 enumerable이 false라서 열거x

프로퍼티 키가 심벌인 프로퍼티도 열거하지 않는다.

배열에는 for ... of문이나 Array.prototype.forEach 메서드 추천

 

Object.keys/values/entries 메서드

열거 가능한 프로퍼티만 열거

keys는 키 값 배열, values는 value 값 배열, entries는 프로퍼티 키와 값의 쌍의 배열을 배열에 담아 반환