자바스크립트 기초부터 모던 자바스크립트까지 - 스코프편

목표 : 자바스크립트에서 스코프가 무엇인지 이해한다.

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그냥 javascript라는 언어만 사용하다가, 어느 순간부터 공부를 하려고 하다보면, 언제나 맞닥드리는 부분이 스코프(Scope)다.

게다가 ES6에서 꽤 큰 변화가 있었기에, 그리고 javascipt만의  동작이 어떻게 되는지 알고싶다면 반드시 알아야 할 개념이다.

스코프(Scope)가 뭐지?

이전 포스팅에서 함수의 매개변수의 스코프에 대해 잠깐 다루었다.

매개변수를 참조할 수 있는 유효범위, 즉 매개변수의 스코프는 함수의 몸체 내부로 한정된다.

변수는 자신이 선언된 위치에 의해 자신이 유효한 범위, 즉 다른 코드가 변수 자신을 참조할 수 있는 범위가 결정된다.

 

정리해 보면, 모든 식별자(변수 이름, 함수 이름, 클래스 이름 등)는 자신이 선언된 위치에 의해 다른 코드가 식별자 자신을 참조할 수 있는 유효 범위가 결정된다. 이를 스코프라 한다. 즉, 스코프는 식별자가 유효한 범위를 말한다.

 

다음 예제를 보도록 하자.

var x = 'global';

function foo() {
	var x = 'local';
    console.log(x); // 1
}

foo();

console.log(x); // 2

자바스크립트 엔진은 스코프를 통해 어떤 변수를 참조해야 할 것인지 결정한다. 또한 코드를 실행할때 코드의 context(문맥)을 고려한다.

 

"코드가 어디서 실행되며 주변에 어떤 코드가 있는지?"를 렉시컬 환경(lexical environment)라고 한다.

즉, 코드의 문맥(context)은 렉시컬 환경으로 이루어진다. 이를 구현한 것이 실행 컨텍스트(execution context)이며, 모든 컨텍스트에서 평가되고 실행된다.

 

스코프의 종류

코드는 전역과 지역으로 나누어진다.

변수는 자신이 선언된 위치(전역 혹은 지역)에 의해 자신의 유효 범위인 스코프가 결정된다.

전역 변수는 어디서든지 참조할 수 있다.

 

즉, 전역 지역에는 전역 스코프를 만들고, 지역에는 지역 스코프를 만든다.

전역은 코드의 가장 바깥 영역을 말하며, 지역은 함수 몸체 내부를 말한다.

지역 변수는 자신의 지역 스코프와 하위 지역 스코프에서 유효하다.

 

스코프 체인

중첩 함수(Nested Function)의 존재는 지역 스코프의 중첩과 이어진다.

즉, 함수는 중첩될 수 있으므로, 함수의 지역 스코프도 중첩될 수 있다. 즉, 계층적 구조를 가질 수 있다.

이렇게 스코프가 계층적으로 연결된 것을 스코프 체인이라고 한다.

 

변수를 참조할 때 자바스크립트 엔진은 스코프 체인을 통해 변수를 참조하는 코드의 스코프에서 시작하여 상위 스코프 방향으로 이동하여 선언된 변수를 검색한다.

 

스코프 체인은 물리적인 실체로 존재한다. 자바스크립트 엔진은 코드(전역 코드와 함수 코드)를 실행하기에 앞서 렉시컬 환경을 실제로 생성한다.

변수 선언이 실행되면 변수 식별자가 이 자료구조(렉시컬 환경)에 키로 등록되고, 변수 할당이 일어나면 이 자료구조의 변수 식별자에 해당하는 값을 변경한다.

 

스코프 체인은 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 단방향으로 연결한 것이다.

전역 렉시컬 환경은 코드가 로드되면 곧바로 생성되고 함수의 렉시컬 환경은 함수가 호출되면 곧바로 생성된다.

 

따라서, 상위 스코프에서 유효한 함수는 하위 스코프에서 자유롭게 참조가 가능하지만, 하위 스코프에서 유효한 변수를 상위 스코프에서는 참조할 수 없다.

 

앞서, 이전 포스팅에서 함수 생성 시점과 함수 호이스팅에 대해 알아보았다.

즉, 함수 선언문으로 함수를 정의하면 런타임 이전에 함수 객체가 생성된다.

자바스크립트 엔진은 함수 이름과 동일한 이름의 식별자를 암묵적으로 선언하고 생성된 함수 객체를 할당한다.

 

함수 레벨 스코프

지역 스코프를 설명할 때, 함수의 몸체 내부라고 설명하였다. 즉, 코드 블록이 아닌 함수에 의해서만 지역 스코프가 생성된다는 것이다.

C나 자바등의 언어는 함수 뿐 아니라, 모든 코드 블록(if, for, while 등)이 지역 스코프를 가진다. 이를 블록 레벨 스코프(Block Level Scope)라고 한다.

 

javascript 에서는 var 키워드로 선언된 변수는 오로지 함수의 코드 블록(함수 몸체)만을 지역 스코프로 인정한다.

이를 함수 레벨 스코프라고 한다.

 

var i  = 10;

for(var i = 0; i < 5; i++) {
	console.log(i); // 0 1 2 3 4
}

console.log(i); // 5

렉시컬 스코프

var x = 1;

//정의
function foo() {
	var x = 10;
    bar();
}

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

//정의된 곳의 x값이 출력된다.
foo(); // 1 (전역)
bar(); // 1

얼핏 보면 조금 헤깔릴 수 있다.

두가지 쟁점이 있다.

1. 함수를 어디서 호출했는지에 따라 함수의 상위 스코프를 결정
2. 함수를 어디서 정의했는지에 따라 함수의 상위 스코프를 결정

첫번째 방식을 동적 스코프(dynamic scope)라고 한다. 함수를 정의할 때는 어디서 호출될지 모르므로, 호출되는 시점에 상위 스코프가 결정된다.

 

두번째는 정적 스코프 혹은 렉시컬 스코프(lexical Scope)라고 한다.

 

자바스크립트는 렉시컬 스코프를 따른다. 즉, 함수의 호출위치는 상위 스코프 결정에 어떠한 영향도 주지 않는다.

함수의 상위 스코프는 언제나 자신이 정의된 스코프다.

 

함수 정의(함수 선언문 혹은 함수 표현식)가 실행되어 생성된 함수 객체는 이렇게 결정된 상위 스코프를 기억한다. (스코프 체인)

 

변수의 생명 주기

스코프를 배워보았으니, 변수의 생명 주기를 한번 알아보자.

 

전역 변수의 생명 주기는 애플리케이션의 생명 주기와 같다.

지역 변수의 생명 주기는 함수의 생명 주기와 일치한다.

즉, 호이스팅도 함수 내에서 일어난다.

다시 말해, 호이스팅은 스코프를 단위로 일어난다.

var x = 'global';

function foo() {
	console.log(x);
    var x = 'local';
}

foo(); // undefined
console.log(x); // global

전역 코드는 명시적인 호출 없이 실행된다. 즉, 특별한 진입점이 없고 코드가 로드되면 곧바로 해석되고 실행된다.

또한 반환문이 없어, 마지막 문이 실행되면 종료된다.

var 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 된다. 이는 전역 변수의 생명 주기가 전역 객체의 생명 주기와 일치한다는 것을 말한다.

 

전역 객체는 코드가 실행되기 이전 단계에 자바스크립트 엔진에 의해 어떤 객체보다도 먼저 생성되는 특수한 객체다.

브라우저에서는 window, Node.js에서는 global 객체다.

 

전역 변수의 문제점

암묵적 결합

전역 변수를 선언한 의도는 코드 어디서든 참조하고 할당할 수 있는 변수를 사용하겠다는 것이다.

즉, 모든 코드가 전역 변수를 참조하고 변경할 수 있는 암묵적 결합(implicit coupling)을 허용하는 것이다.

긴 생명 주기

전역 변수는 생명 주기가 길다.

따라서, 메모리 리소스도 오랜기간 소비하고, 전역 변수의 상태를 변경할 수 있는 기간도 길고 기회도 많다.

스코프 체인 상에서 종점에 존재

전역 변수는 스코프 체인 상에서 종점에 존재한다.

즉, 전역 변수가 가장 마지막에 검색된다. 따라서 전역 변수의 검색 속도가 가장 느리다.

네임스페이스 오염

자바스크립트의 가장 큰 문제점 중 하나는 파일이 분리되어 있다 해도 하나의 전역 스코프를 공유한다는 점이다.

전역 변수 사용을 억제하자.

즉시 실행 함수

모든 코드를 즉시 실행함수로 감싸면 모든 변수는 즉시 실행 함수의 지역변수가 된다.

(function() {
    var foo = 10; // 즉시 실행 함수의 지역 변수
    // ...
}());

console.log(foo); // ReferenceError: foo is not defined

네임스페이스 객체

전역에 네임스페이스 역할을 담당할 객체를 만들어 전역 변수로 사용할 객체를 따로 추가한다.

var MYAPP = {}; // 전역 네임스페이스 객체
MYAPP.name = 'Lee';
console.log(MYAPP.name); // Lee

MYAPP.person = {
    name: 'Lee',
    address: 'Seoul'
};

console.log(MYAPP.person.name); // Lee

모듈 패턴

모듈 패턴은 클래스를 모방해서 관련이 있는 변수와 함수를 모아 즉시 실행 함수로 감싸 하나의 모듈을 만든다.

모듈은 클로져를 기반으로 동작한다.

클로져는 추후에 학습할 예정이다.

 

객체지향 프로그래밍 언어는 클래스를 구성하는 멤버에 대해 접근제한자(public, private, protected 등)를 통해 공개 범위를 한정한다. (캡슐화:정보은닉)

캡슐화(encapsulation)는 객체의 상태(state)를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 잠조하고 조작할 수 있는 동작(behavior)인 메서드를 하나로 묶는 것이다. 캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하기도 하는데 이를 정보 은닉(information hiding)이라 한다.

하지만, 자바스크립트는 이런 접근 제한자가 없어, 정보 은닉을 한정적으로 구현하기 위해 모듈 패턴을 사용한다.

 

var Counter = (function() {
    //private 변수
    var num = 0;

    // 외부로 공개할 데이터나 메서드를 프로퍼티로 추가한 객체를 반환
    return {
        increase() {
            return ++num;
        },
        decrease() {
            return --num;
        }
    };
}());

// private 변수는 외부로 노출되지 않는다.
console.log(Counter.num); //undefined

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

ES6 모듈

ES6 모듈은 파일 자체의 독자적인 모듈 스코프를 제공한다.

즉, 모듈 내에서 var 키워드로 선언한 변수는 더는 전역 변수가 아니며 window 객체(전역 객체)의 프로퍼티도 아니다.

script 태그에 type="module" 어트리뷰트를 추가하면 로드된 자바스크립트 파일은 모듈로서 동작한다.

모듈의 파일 확장자는 mjs를 권장한다.

<script type="module" src="lib.mjs"></script>
<script type="module" src="app.mjs"></script>

ES6 모듈은 IE를 포함한 구형 브라우저에는 동작하지 않는다.

브라우저의 ES6 모듈 기능을 사용하더라도 트랜스파일링이나 번들링이 필요하기 때문에, 아직은 ES6 모듈 기능보다는 Webpack 등의 모듈 번들러를 사용하는 것이 일반적이다.

let, const 키워드와 블록 레벨 스코프

var 키워드가 문제가 있으니, let과 const라는 키워드가 등장했을 것이다.

앞서, 공부한 내용을 복습해보면 금방 알 수 있다.

변수 중복 선언 허용

var x = 1;
var y = 1;

// var 키워드 무시
var x = 100;
// 변수 선언 무시
var y;

console.log(x); // 100
console.log(y); // 1

함수 레벨 스코프

var x = 1;
if(true) {
    var x = 100;
}

console.log(x); // 100

var i = 10;

for(var i = 0; i < 5; i++) {
    console.log(i); // 0,1,2,3,4
}

console.log(i); // 5

변수 호이스팅

// 이미 foo는 선언되어 있음 (1. 선언 단계)
// foo는 undefined로 초기화 (2. 초기화 단계)
console.log(foo); // undefined

// 변수에 값을 할당(3. 할당 단계)
foo = 123;

console.log(foo); // 123

// 런타임 이전에 암묵적 실행
var foo;

let 키워드

위 var의 단점들을 ES6에서 보완한 것이 let과 const이다.

변수 중복 선언 금지

let bar = 123;
let bar = 234; // Uncaught SyntaxError: Identifier 'bar' has already been declared

블록 레벨 스코프

let foo = 1; // 전역 변수
{
    let foo = 2; // 지역 변수
    let bar = 3; // 지역 변수
{

console.log(foo); // 1
console.log(bar); // ReferenceError: bar is not defined

변수 호이스팅

var 키워드로 선언한 변수는 런타임 이전에 자바스크립트 엔진에 의해 암묵적으로 선언단계와 초기화 단계가 한번에 진행된다.

즉, 선언 단계에서 스코프에 변수 식별자를 등록해 자바스크립트 엔진에 변수의 존재를 알린다.

그리고, 즉시 초기화 단계에서 undefined 변수를 초기화한다.

따라서, 변수 선언문 이전에 변수에 접근해도 스코프에 변수가 존재하기 때문에 에러가 발생하지 않는다.

let 키워드로 선언한 변수는 선언 단계와 초기화 단계가 분리되어 진행된다.

let 키워드로 선언한 변수는 스코프의 시작 시점부터 초기화 단계 시작 지점(변수 선언문)까지 변수를 참조할 수 없다.

스코프의 시작 지점부터 초기화 시작 지점까지 변수를 참조할 수 없는 구간을 일시적 사각지대(TDZ)라고 한다.

따라서, 마치 호이스팅이 발생하지 않는 것처럼 보인다.

let foo = 1; // 전역

{
    console.log(foo); //ReferenceError
    let foo = 2; // 지역
}

만약 변수 호이스팅이 발생하지 않는다면 전역 변수 foo 값을 출력해야 한다.

그러나 let 키워드로 선언한 변수도 여전히 호이스팅이 발생하기 때문에, ReferenceError가 발생한다.

 

전역 객체와 let

var로 선언한 전역 변수와 전역 함수, 그리고 선언하지 않은 변수에 값을 할당한 암묵적 전역은 전역 객체 window의 프로퍼티가 된다.

let 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 아니라, 보이지 않는 개념적인 블록(전역 렉시컬 환경의 선언적 환경 레코드)내에 존재한다.

 

const 키워드

const 키워드는 상수(constant)를 선언하기 위해 사용한다. 대부분은 let과 동일하다.

선언과 초기화

const 키워드로 선언한 변수는 선언과 동시에 초기화 해야한다.

let과 마찬가지로 블록 레벨 스코프를 가지며, 변수 호이스팅이 발생하지 않는 것처럼 동작한다.

 

재할당 금지

const 키워드로 선언한 변수는 재할당이 금지된다.

상수

상수는 재할당이 금지된 변수다. const 키워드로 선언된 변수에 원시 값을 할당한 경우 원시 값은 변경할 수 없는 값이고, const 키워드에 의해 재할당이 금지되므로 할당된 값을 변경할 방법이 없다.

 

const 키워드와 객체

const 키워드로 선언된 변수에 객체를 할당한 경우 값을 변경할 수 있다.

변경 가능한 값인 객체는 재할당 없이도 직접 변경이 가능하기 때문이다.

const 키워드는 재할당을 금지할 뿐 불변을 의미하지 않는다.