처음부터 시작하는 javascript deep dive(19. 프로토타입)

 

핵심 정리

19장 프로토타입

자바스크립트는 명령형, 함수형, 프로토타입 기반 객체지향 프로그래밍을 지원하는 멀티 패러다임 프로그래밍 언어입니다.

간혹 자바스크립트는 객체지향 언어가 아니라고 오해하는 경우도 있습니다. 하지만 자바스크립트는 클래스 기반 객체지향 프로그래밍 언어보다 효율적이며 더 강력한 객체지향 프로그래밍 능력을 지니고 있는 프로토타입 기반의 객체지향 프로그래밍 언어입니다.

 

1. 상속과 프로토타입

자바스크립트는 프로토타입을 기반으로 상속을 구현하여 불필요한 중복을 제거합니다. 중복을 제거하는 방법은 기존의 코드를 적극적으로 재사용하는 것입니다. 코드 재사용은 개발 비용을 현저히 줄일 수 있는 잠재력이 있으므로 매우 중요합니다.

 

예제를 살펴보겠습니다.

// 생성자 함수
fucntion Circle(radius) {
 this.radius = radius;
 this.getArea = function() {
  return Math.PI * this.radius ** 2;
 };
}

const circle1 = new Circle(1);
const circle2 = new Circle(2);

console.log(circle1.getArea === circle2.getArea); // false

console.log(circle1.getArea); // 3.141592
console.log(circle1.getArea); // 12.56637

 

이처럼 동일한 생성자 함수에 의해 생성된 모든 인스턴스가 동일한 메서드를 중복 소유하는 것은 메모리를 불필요하게 낭비합니다.

또한 인스턴스를 생성할 때마다 메서드를 생성하므로 퍼포먼스에도 악영향을 줍니다. 상속을 통해 불필요한 중복을 제거해 보겠습니다.

자바스크립트는 프로토타입을 기반으로 상속을 구현합니다.

 

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

Cirecle.prototype.getArea = function(0 {
 return Math.PI * this.radius ** 2;
};

const circle1 = new Circle(1);
const circle2 = new Circle(2);

console.log(circle1.getArea === circle2.getArea); // true

console.log(circle1.getArea); // 3.141592
console.log(circle1.getArea); // 12.56637

Circle 생성자 함수가 생성한 모든 인스턴스는 자신의 프로토타입, 즉 상위(부모) 객체 역할을 하는 Circle.prototype의 모든 프로퍼티와 메서드를 상속받습니다.

 

2. 프로토타입 객체

프로토타입 객체란 객체지향 프로그래밍의 근간을 이루는 객체 간 상속을 구현하기 위해 사용됩니다.

모든 객체는 [[Prototype]]이라는 내부 슬롯을 가지며, 이 내부 슬롯의 값은 프로토타입의 참조(null인 경우도 있습니다.)입니다.

[[Prototype]]에 저장되는 프로토타입은 객체 생성 방식에 의해 결정됩니다. 즉, 객체가 생성될 때 객체 생성 방식에 따라 프로토타입이 결정되고 [[Prototype]]에 저장됩니다.

예를 들어, 객체 리터럴에 의해 생성된 객체의 프로토타입은 Object.prototype이고 생성자 함수에 의해 생성된 객체의 프로토타입은 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩되어 있는 객체입니다. 모든 객체는 하나의 프로토타입을 갖습니다. 그리고 모든 프로토타입은 생성자 함수와 연결되어 있습니다. 

 

2.1) __proto__ 접근자 프로퍼티

모든 객체는 __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 자신의 프로토타입, 즉 [[Prototype]] 내부 슬롯에 간접적으로 접근할 수 있습니다.

내부 슬롯은 프로퍼티가 아닙니다. 따라서 자바스립트는 내부 슬롯과 내부 메서드에 직접적으로 접근하거나 호출할 수 있는 방법을 제공하지 않습니다. __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 간접적으로 [[Prototype]] 내부 슬롯의 값, 즉 프로토타입에 접근할 수 있습니다.

 

__proto__ 접근자 프로퍼티를 코드 내에서 직접 사용하는 것은 권장하지 않습니다. 모든 객체가 __proto__ 접근자 프로퍼티를 사용할 수 잇는 것은 아니기 때문입니다. 따라서 __proto__ 접근자 프로퍼티 대신 프로토타입의 참조를 취득하고 싶은 경우에는 Object.getPrototypeOf 메서드를 사용하고, 프로토타입을 교체하고 싶은 경우에는 Object.setPrototypeOf 메서드를 사용할 것을 권장합니다.

 

2.2) 함수 객체의 prototype 프로퍼티

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

// 함수 객체는 prototype 프로퍼티를 소유한다.
(function () {}).hasOwnProperty('portotype'); // true
// 일반 객체는 prototype 프로퍼티를 소유하지 않는다.
({}).hasOwnProperty('prototype'); // flase

prototype 프로퍼티는 생성자 함수가 생성할 객체(인스턴스)의 포로토타입을 가리킨다. 따라서 생성자 함수로서 호출할 수 없는 함수, 즉 non-constructor인 화살표 함수와 ES6 메서드 축약 표현으로 정의한 메서드는 prototype 프로퍼티를 소유하지 않으며 프로토타입도 생성하지 않습니다.

 

2.3) 프로토타입의 constructor 프로퍼티와 생성자 함수

모든 프로토타입은 constructor 프로퍼티를 갖습니다. 이 constructor 프로퍼티는 prototype 프로퍼티로 자신을 참조하고 있는 생성자 함수를 가리킵니다. 이 연결은 생성자 함수가 생성될 때, 즉 함수 객체가 생성될 때 이뤄집니다.

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

const me = new Person('Aze');
// me 객체의 생성자 함수는 Person이다.
console.log(Pserson === me.constructor); // true

 

3. 리터럴 표기법에 의해 생성된 객체의 생성자 함수의 프로토타입

생성자 함수에 의해 생성된 인스턴스는 프로토타입의 constructor 프로퍼티에 의해 생성자 함수와 연결됩니.

const obj = new Object();
console.log(obj.constructor === Object); // true

const add = new Function('a', 'b', 'return a + b');
console.log(add.constructor === Functon); // true

하지만 리터럴 표기법에 의한 객체 생성 방식과 같이 명시적으로 new 연산자와 함께 생성자 함수를 호출하여 인스턴스를 생성하지 않는 객체 생성 방식도 있습니다.

// 객체 리터럴
const obj = {};

// 함수 리터럴
const add = function(a, b){return a + b;};

// 배열 리터럴
const arr = [1, 2, 3];

 

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체도 물론 프로토타입이 존재합니다. 하지만 리터럴 표기법에 의해 생성된 객체의 경우 프로토타입의 constructor 프로퍼티가 가리키는 생성자 함수가 반드시 객체를 생성한 생성자 함수라고 단정할 수는 없습니다.

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체는 생성자 함수에 의해 생성된 객체는 아닙니다. 하지만 큰 틀에서 생각해 보면 리터럴 표기법으로 생성한 객체도 생성자 함수로 생성한 객체와 본질적인 면에서 큰 차이는 없습니다.

따라서 프로토타입의 constructor 프로퍼티를 통해 연결되어 있는 생성자 함수를 리터럴 표기법으로 생성한 객체를 생성한 생성자 함수로 생각해도 크게 무리는 없습니다.

 

4. 프로토타입의 생성 시점

객체는 리터럴 표기법 또는 생성자 함수에 의해 생성되므로 결국 모든 객체는 생성자 함수와 연결되 었습니다.

프로토타입은 생성자 함수가 생성되는 시점에 더불어 생성됩니다. 프로토타입과 생성자 함수는 단독으로존재할 수 없고 언제나 쌍으로 존재하기 때문입니다.

 

4.1) 사용자 정의 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

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

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

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

함수 선언문으로 정의된 Person 생성자 함수는 어떤 코드보다 먼저 평가되어 함수 객체가 됩니다. 이때 프로토타입도 더불어 생성됩니다.

생성된 프로토타입은 오직 constructor 프로퍼티만을 갖는 객체입니다. 프로토타입도 객체이고 모든 객체는 프로토타입을 가지므로 프로토타입도 자신의 프로토타입을 갖습니다.  생성된 프로토타입의 프로토타입은 Object.prototype입니다.

 

이처럼 빌트인 생성자 함수가 아닌 사용자 정의 생서자 함수는 자신이 평가되어 함수 객체로 생성되는 시점에 프로토타입도 더불어 생성되며, 생성된 프로토타입은 언제나 Object.prototype입니다.

 

5.2) 빌트인 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

Object, String, Number, Function, Array 등과 같은 빌트인 생성자 함수도 일반 함수와 마찬가지로 빌트인 생성자 함수가 생성되는 시점에 프로토타입이 생성됩니다. 모든 빌트인 생성자 함수는 전역 객체가 생성되는 시점에 생성됩니다. 생성된 프로토타입은 빌트인 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩됩니다.

객체가 생성되기 이전에 생성자 함수와 프로토타입은 이미 객체화되어 존재합니다. 이후 생성자 함수 또는 리터럴 표기법으로 객체를 생성하면 프로토타입은 생성된 객체의 [[Prototype]] 내부 슬롯에 할당됩니다. 

 

6. 프로토타입 체인

아래 예제를 보면

me 객체는 Object.prototype의 메서드인 hasOwnProperty를 호출할 수 있습니다. 이것은 me 객체가 Person.prototype뿐만 아니라 Object.prototype도 상속받았다는 것을 의미합니다.

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

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


const me = new Person('aze');

console.log(me.hasOwnProperty('aze')); // true

 

Person.prototype의 프로토타입은 Object.prototype입니다. 프로토타입의 프로토타입은 언제나 Object.prototype입니다.

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 포로토타입의 프로퍼티를 순차적으로 검색합니다. 이를 프로토타입 체인이라고 합니다. 프로토타입 체인은 자바스크립트가 객체지향 프로그래밍의 상속을 구현하는 매커니즘입니다.

 

8. 오버라이딩과 프로퍼티 섀도잉

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

me.sayHello(); // Hey! My name is Lee

 

인스턴수가 소유한 프로퍼티르르 인스턴스 프로퍼티라고 부릅니다.

프로토타입 프로퍼티와 같은 이름의 프로퍼티를 인스턴스에 추가하면 프로토타입 체인을 따라 프로토타입 프로퍼티를 검색하여 프로토타입 프로퍼티를 덮었는 것이 아니라 인스턴스 프로퍼티로 추가합니다.

이때 인스턴스 메서드 sayHello는 프로토타입 메서드 sayHello를 오버라이딩했고 프로토타입 메서드 sayHello는 가려집니다.

 

9. 프로토타입의 교체

프로토타입은 임의의 다른 객체로 변경할 수 있습니다. 이것은 부모 객체인 프로토타입을 동적으로 변경할 수 있다는 것을 의미합니다.

이러한 특징을 활용하여 객체 간의 상속 관계를 동적으로 변경할 수 있습니다. 프로토타입은 생성자 함수 또는 인스턴스에 의해 교체할 수 있습니다.

 

9.1) 생성자 함수에 의한 프로토타입의 교체

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

 프로토타입으로 교체한 객체 리터럴에는 constructor 프로퍼티가 없습니다. constructor 프로퍼티는 자바스크립트 엔진이 프로토타입을 생성할 때 암묵적으로 추가한 프로퍼티입니다. 따라서 me 객체의 생성자 함수를 검색하면 Person이 아닌 Object가 나옵니다.

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

이처럼 프로토타입을 교체하면 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결이 파괴됩니다. 파괴된 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결을 되살려 보겠습니다. 프로토타입으로 교체한 객체 리터럴에 constructor 프로퍼티를 추가하여 프로토타입의 constructor 프로퍼티를 되살립니다.

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

const me = new Person('Lee');

// constructor 프로퍼티가 생성자 함수를 가리킵니다.
console.log(me.constructor === Person); // true
console.log(me.constructor === Object); // false

 

9.2 인스턴스에 의한 프로토타입의 교체

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}`);
 }
};

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

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

생성자 함수에 의한 프로토타입의 교체와 만찬가지로 프로토타입으로 교체한 객체에는 constructor 프로퍼티가 없으므로 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결이 파괴되어 있습니다. 따라서 프로토타입의 constructor 프로퍼티로 me 객체의 생성자 함수를 검색하면 Person이 아닌 Object가 나옵니다.

 

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

const me = new Person('Lee');
 
 // 프로토타입으로 교체할 객체
const parent = {
 constructor : Person,
 sayHello() {
  console.log(`Hi! My name is ${this.name}`);
 }
};

Person.prototype = parent;

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

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

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

이처럼 프로토타입 교체를 통해 객체 간의 상속 괸계를 동적으로 변경하는 것은 꽤나 번거롭습니다. 따라서 프로토타입은 직접 교체하지 않는 것이 좋습니다.

 

10. instanceof 연산자

instanceof 연산자는 이항 연상자로서 좌변에 객체를 가리키는 식별자, 우변에 생성자 함수를 가리키는 식별자를 피연산자로 받습니다. 만약 우변의 피연산자가 함수가 아닌 경우 TypeError가 발생합니다.

객체 instanceof 생성자 함수

우변의 생성자 함수의 prototype에 바인딩된 객체가 좌변의 객체의 프로토타입 체인 상에 존재하면 true로 평가되고,  그렇지 않은 경우에는 flase로 평가됩니다.

 

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

const me = new Person('Lee');

console.log(me instanceof Person); // true

console.log(me instanceof Object); // true