클로저

05 Apr 2024 in Study / Javascript

모던 자바스크립트 Deep Dive: 자바스크립트의 기본 개념과 동작 원리 - 24장 클로저

1. 렉시컬 스코프
2. 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]
3. 클로저의 렉시컬 환경
4. 클로저의 활용
5. 갭슐화와 정보 은닉
6. 자주 발생하는 실수

클로저는 자바스크립트 고유의 개념이 아니므로 클로저의 정의가 ECMAScript 사양에 등장하지 않는다. MDN에서는 클로저에 대해 다음과 같이 정의하고 있다.
“A closure is the combination of a function and then lexical enviroment within that function was declared” 클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.

const x = 1;

function outerFunc() {
  const x = 10;

  function innerFunc() {
    console.log(x); // 10
  }

  innerFunc();
}

outerFunc();

중첩 함수 innerFunc 내부에서 자신을 포함하고 있는 외부 함수 outerFunc의 x변수에 접근할 수 있다.

innerFunc 함수를 outerFunc 함수의 내부에서 호출한다 하더라도 outerFunc 함수의 변수에 접근할 수 없다.

const x = 1;

function outerFunc() {
  const x = 10;
  innerFunc();
}

function innerFunc() {
  console.log(x); // 1
}

outerFunc();

자바스크립트가 렉시컬 스코프를 따르는 프로그래밍 언어이기 때문이다.

1. 렉시컬 스코프

렉시컬 스코프
**자바스크립트 엔진은 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다. **

const x = 1;

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

function bar() {
  console.log(x);
}

foo(); // ?
bar(); // ?

“함수의 상위 스코프를 결정한다”는 것은 “렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값을 결장한다.”는 것과 같다.

렉시컬 스코프
렉시컬 환경의 “외부 렉시컬 환경에 대한 참조”에 저장할 참조값, 즉 상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경(위치)에 의해 결정된다.

2. 함수 객체의 내부 슬롯 `[[Environment]]`

렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 자신이 호출되는 환경과는 상관없이 상위 스코프를 기억해야 한다.

이를 위해 함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장한다.

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 바로 상위 스코프다.

자신이 호출되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 “외부 렉시컬 환경에 대한 참조”에 저장될 참조값이다.

함수 객체는 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한 렉시컬 환경의 참조, 즉 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억한다.

const x = 1;

function foo() {
  const x = 10;

  // 상위 스코프는 함수 정의 환경(위치)에 따라 결정된다.
  // 함수 호출 위치와 상위 스코프는 아무런 관계가 없다.
  bar();
}

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

foo(); // ?
bar(); // ?

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조는 바로 함수의 상위 스코프를 의미한다.
이것이 바로 함수 정의 위치에 따라 상위 스코프를 결정하는 렉시컬 스코프의 실체다.

3. 클로저의 렉시컬 환경

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

외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다. 이러한 중첩 함수를 클로저라고 부른다.

자바스크립트의 모든 함수는 자신의 상위 스코프를 기억하며 모든 함수가 기억하는 상위 스코프는 함수를 어디서 호출하든 상관없이 유지된다.

위 예제에서 outer함수의 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에서 제거되더라도 outer함수의 렉시컬 환경은 소멸하지 않는다.

outer함수의 렉시컬 환경은 inner함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있고 inner함수는 전역 변수 innerFunc에 의해 참조되고 있으므로 가비지 컬렉션이 대상이 되지 않기 때문이다.

자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저다. 하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않는다.

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

자유 변수(free variable)
클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수(위 예제의 경우 foo함수의 x변수)를 자유 변수라고 부른다. 클로저란 “함수가 자유 변수에 대해 닫혀있다”라는 의미다. 쉽게 말하면 “자유 변수에 묶여있는 함수”라고 할 수 있다.

4. 클로저의 활용

클로저는 상태(state)를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.

// 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

기능적으로는 이상은 없지만 좋은 코드는 아니다. 전역 변수인 num은 누구나 접근할 수 있고 변경할 수 있다.

// 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

이제 num변수의 상태는 increase함수만이 변경할 수 있다. 하지만 increase함수를 호출할 때마다 num변수는 0으로 초기화가 된다.

// 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

즉시 실행 함수는 호출된 이후 소멸되지만 즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 increase 변수에 할당되어 호출된다.

즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 기억하고 있다.

즉시 실행 함수는 한 번만 실행되므로 increase가 호출될 때마다 num변수가 재차 초기화될 일은 없을 것이다.

클로저는 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.

ex 카운터를 감소할 수 있게 해줄 수도 있다.

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

위 예제의 즉시 실행 함수가 반환하는 객체 리터럴은 즉시 실행 함수의 실행 단계에서 평가되어 객체가 된다.

ex 생성자 함수로 표현할 수도 있다.

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

프로토타입을 통해 상속되는 프로토타입 메서드일지라도 즉시 실행 함수의 자유 변수 num을 참조할 수 있다.

ex 함수형 프로그래밍에서 클로저를 활용해보겠다.

// 함수를 인수로 전달받고 함수를 반환하는 고차 함수
// 이 함수는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 counter를 기억하는 클로저를 반환한다.
function makeCounter(aux) {
  // 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수
  let counter = 0;

  // 클로저를 반환
  return function () {
    // 인수로 전달 받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
    counter = aux(counter);
    return counter;
  };
}

// 보조 함수
function increase(n) {
  return ++n;
}

// 보조 함수
function decrease(n) {
  return --n;
}

// 함수로 함수를 생성한다.
// makeCounter 함수는 보조 함수를 인수로 전달받아 함수를 반환한다
const increaser = makeCounter(increase); // ①
console.log(increaser()); // 1
console.log(increaser()); // 2

// increaser 함수와는 별개의 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 카운터 상태가 연동하지 않는다.
const decreaser = makeCounter(decrease); // ②
console.log(decreaser()); // -1
console.log(decreaser()); // -2

위 예제에서 전역 변수 increase, decreaser에 할당된 함수는 각각 자신만의 독립적 렉시컬 환경을 갖기 때문에 카운터를 유지하기 위한 자유 변수 counter를 공유하지 않아 카운터의 증감이 연동되지 않는다.

ex 렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들어보겠다.

// 함수를 반환하는 고차 함수
// 이 함수는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 counter를 기억하는 클로저를 반환한다.
const counter = (function () {
  // 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수
  let counter = 0;

  // 함수를 인수로 전달받는 클로저를 반환
  return function (aux) {
    // 인수로 전달 받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
    counter = aux(counter);
    return counter;
  };
}());

// 보조 함수
function increase(n) {
  return ++n;
}

// 보조 함수
function decrease(n) {
  return --n;
}

// 보조 함수를 전달하여 호출
console.log(counter(increase)); // 1
console.log(counter(increase)); // 2

// 자유 변수를 공유한다.
console.log(counter(decrease)); // 1
console.log(counter(decrease)); // 0

5. 갭슐화와 정보 은닉

캡슐화(encapsulation)
객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 있는 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것을 말한다.

캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하기도 하는데 이를 정보 은닉이라 한다.
정보 은닉은 외부에 공개할 필요가 없는 구현의 일부를 외부에 공개되지 않도록 감추어 적절치 못한 접근으로부터 객체의 상태가 변경되는 것을 방지해 정보를 보호하고, 객체 간의 상호 의존성, 즉 결합도를 낮추는 효과가 있다.

자바스크립트는 접근 제한자를 제공하지 않는다.

객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 public하다

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

name 프로퍼티는 public하고 _age 변수는 private하다.

sayHi메서드는 인스턴스 메서드이므로 Person 객체가 생성될 때마다 중복 생성된다.

ex 중복 생성을 방지해보자

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}.`);
};

이때 Person.prototype.sayHi 메서드 내에서 Person 생성자 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 없는 문제가 발생한다.

ex 즉시 실행 함수를 사용하여 Person 생성자 함수와 Person.prototype.sayHi 메서드를 하나의 함수 내에 모아보자

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

Person 생성자 함수와 sayHi메서드는 이미 종료되어 소멸한 즉시 실행 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 있는 클로저다.

ex 위 코드도 문제가 있다. Person 생성자 함수 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 변수의 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.

Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 위와 같이 _age 변수의 상태가 유지되지 않는다.

자바스크립트는 정보 은닉을 완전하게 지원하지 않는다.

6. 자주 발생하는 실수

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
}

첫 번째 for문에서 funcs 배열의 요소로 추가된다.
두 번째 for문에서 funcs 배열의 요소를 순차적으로 호출한다.

funcs배열의 요소로 추가한 함수를 호출하면 전역 변수 i를 참조하여 i의 값 3이 출력된다.

ex 클로저를 사용해 위 예제를 바르게 동작하는 코드를 만들어보자

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]());
}

실행 함수가 반환한 중첩 함수는 자신의 상위 스코프를 기억하는 클로저이고, 매개변수 id는 즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수에 묶여있는 자유 변수가 되어 그 값이 유지된다.

ex ES6의 let 키워드를 사용하면 해결된다.

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
}

let이나 const 키워드를 사용하는 반복문은 코드 블록을 반복 실행할 때마다 새로운 렉시컬 환경을 생성한다.

단, 이는 반복문의 코드 블록 내부에서 함수를 정의할 때 의미가 있다.

ex 또다른 방법으로 함수형 프로그래밍 기법인 고차 함수를 사용하는 방법이다.

// 요소가 3개인 배열을 생성하고 배열의 인덱스를 반환하는 함수를 요소로 추가한다.
// 배열의 요소로 추가된 함수들은 모두 클로저다.
const funcs = Array.from(new Array(3), (_, i) => () => i); // (3) [ƒ, ƒ, ƒ]

// 배열의 요소로 추가된 함수 들을 순차적으로 호출한다.
funcs.forEach(f => console.log(f())); // 0 1 2

이 방법은 변수와 반복문의 사용을 억제할 수 있기 때문에 오류를 줄이고 가독성을 좋게 만든다.

클로저

1. 렉시컬 스코프

2. 함수 객체의 내부 슬롯 `[[Environment]]`

3. 클로저의 렉시컬 환경

4. 클로저의 활용

5. 갭슐화와 정보 은닉

6. 자주 발생하는 실수

봄이슝의 블로그

Error

1. 렉시컬 스코프

2. 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

3. 클로저의 렉시컬 환경

4. 클로저의 활용

5. 갭슐화와 정보 은닉

6. 자주 발생하는 실수

Templates (for web app):

Error

2. 함수 객체의 내부 슬롯 `[[Environment]]`