5.14 Javascript Object-Oriented Programming

자바스크립트 객체지향 프로그래밍

Javascript는 멀티-패러다임 언어로 명령형(imperative), 함수형(functional), 프로토타입 기반(prototype-based) 객체지향형 언어다.

비록 다른 객체지향 언어들과의 차이점에 대한 논쟁들이 있긴 하지만, Javascript는 강력한 객체지향 프로그래밍 능력들을 지니고 있다. 간혹 클래스가 없어서 객체지향이 아니라고 생각하는 사람들도 있으나 프로토타입 방식의 객체지향 언어다.

프로토타입 기반 언어인 자바스크립트와 클래스 기반 언어의 특성을 구분해서 파악할 필요가 있다.

1. Class, Constructor, Method

클래스 기반 언어(Java, C++, C#, Python, PHP, Ruby, Object-C)의 클래스란 같은 종류의 집단에 속하는 속성(attribute)과 행위(behavior)를 정의한 것으로 객체지향 프로그램의 기본적인 사용자 정의 데이터형(user define data type)이라고 할 수 있다. 결국 클래스는 객체 생성에 사용되는 패턴 혹은 청사진(blueprint) 이다.

클래스 기반 언어는 클래스로 객체의 기본적인 형태와 기능을 정의하고 생성자로 인스턴스를 생성하여 사용한다. 이런 형태의 언어에서 모든 인스턴스는 오직 클래스에서 정의된 범위 내에서만 작동하며 런타임에 그 구조를 변경할 수 없다. 반면 프로토타입 기반 언어는 객체의 자료구조(Property)와 메서드를 동적으로 변경할 수 있다.

정확성, 안정성, 예측성 측면에서 클래스 기반 언어가 프로토타입 기반 언어보다 좀 더 나은 결과를 보장한다. 하지만 프로토타입 기반 언어는 동적으로 객체의 구조와 동작 방식을 변경할 수 있다는 장점이 있다.

Java나 C#, C++과 같은 클래스 기반 언어는 class 키워드를 제공하고 이것으로 클래스를 정의할 수 있다. 생성자는 클래스명과 동일하며 메서드로 구현된다.

class Person {
  private String name;

  public Person(String name) {
    this.name = name;
  }

  public void setName(String name) {
    this.name = name;
  }

  public String getName() {
    return this.name;
  }
}

public class MainClass {
  public static void main(String[] args) {
    Person me = new Person("Lee");

    String name= me.getName();
    System.out.println(name); // Lee

    me.setName("Kim");

    name= me.getName();
    System.out.println(name); // Kim
  }
}

자바스크립트의 객체 생성 방식은 클래스 기반 언어와는 다르다. 자바스크립트는 객체를 생성하기 위해 먼저 class를 만들 필요가 없다. class문을 흔하게 볼 수 있는 C++이나 자바와는 달리 자바스크립트는 class문이 포함되지 않은 프로토타입 기반 언어이다.

프로토타입 기반 프로그래밍은 클래스가 존재하지 않는 객체지향 프로그래밍 스타일로 프로토타입 체인과 클로저 등으로 객체 지향 언어의 상속, 캡슐화(정보 은닉) 등의 개념을 구현할 수 있다.

이로 인해 때때로 class 기반 언어에 익숙한 프로그래머들은 혼란을 일으킨다. 자바스크립트에서는 함수 객체로 많은 것을 할 수 있는데 클래스, 생성자, 메서드도 모두 함수로 구현이 가능하다.

ECMAScript 6에서 새롭게 클래스가 도입되었다. ES6의 Class는 기존 prototype 기반 객체지향 프로그래밍보다 Class 기반 언어에 익숙한 프로그래머가 보다 빠르게 학습할 수 있는 단순하고 깨끗한 새로운 문법을 제시하고 있다. ES6의 Class가 새로운 객체지향 모델을 제공하는 것이 아니며 Class도 사실 함수이고 기존 prototype 기반 패턴의 Syntactic sugar이다.

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

  this.setName = function(name) {
    this.name = name;
  }
  this.getName = function() {
    return this.name;
  }
}

var me = new Person('Lee');
console.log(me.getName());

me.setName('Kim');
console.log(me.getName());

클래스 기반 언어의 인스턴스 생성과 매우 유사한 방식으로 객체를 생성할 수 있다. 생성자 함수 Person은 클래스이자 생성자의 역할을 한다.

하지만 이 코드는 문제가 많다. Person 생성자 함수로 여러개의 객체를 생성해보자.

var me  = new Person('Lee');
var you = new Person('Kim');
var him = new Person('Choi');

이 방식으로 객체를 생성하면 메서드 setName, getName이 중복되어 생성된다. 즉, 각 인스턴스가 내용이 동일한 메서드를 각자 소유한다. 이는 메모리 낭비인데 생성되는 인스턴스가 많아지거나 메서드가 크거나 많다면 무시할 수 없는 문제이다.

이같은 문제를 해결하려면 다른 접근 방식이 필요한데 그 해답은 프로토타입이다.

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

Person.prototype.setName = function(name) {
  this.name = name;
}
Person.prototype.getName = function() {
  return this.name;
}

var me  = new Person('Lee');
var you = new Person('Kim');
var him = new Person('choi');

console.log(me.getName());
console.log(you.getName());
console.log(him.getName());

me.setName('me');
you.setName('you');
him.setName('him');

console.log(me.getName());
console.log(you.getName());
console.log(him.getName());

prototype

프로토타입 객체에 의한 속성의 상속

Person() 생성자 함수의 prototype 프로퍼티가 가리키는 프로토타입 객체에 메서드를 추가하면 프로토타입 체인에 의해 모든 인스턴스는 추가된 메서드에 접근할 수 있다.

아래는 더글라스 크락포드가 제안한 프로토타입 객체에 메서드를 추가하는 방식이다.

Function.prototype.method = function(name, func) {
  if(!this.prototype[name]) // 동일한 이름의 메서드가 없으면 메서드를 추가
    this.prototype[name] = func;
}

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

Person.method('setName', function(name) {
  this.name = name;
});

Person.method('getName', function() {
  return this.name;
});

var me  = new Person('Lee');
var you = new Person('Kim');
var him = new Person('choi');

console.log(me.getName());
console.log(you.getName());
console.log(him.getName());

me.setName('me');
you.setName('you');
him.setName('him');

console.log(me.getName());
console.log(you.getName());
console.log(him.getName());

2. Inheritance (상속)

Java같은 클래스 기반 언어에서 상속(또는 확장)은 코드 재사용의 관점에서 매우 유용하다. 새롭게 정의할 클래스가 기존에 있는 클래스와 매우 유사하다면, 상속을 통해 다른 점만 구현하면 된다. 코드 재사용은 개발 비용을 현저히 줄일 수 있는 잠재력이 있기 때문에 매우 중요하다.

클래스 기반 언어의 객체는 클래스의 인스턴스이며 클래스는 다른 클래스로 상속될 수 있다. 자바스크립트는 클래스 패턴처럼 상속할 수 있지만 그 보다 더 표현적인 다른 패턴들도 지원한다. 훨씬 복잡한 방법들도 있지만 언제나 최선의 방법은 항상 단순함을 유지하는 것이다.

자바스크립트는 프로토타입 기반 언어인데 이 말은 객체가 다른 객체로 바로 상속된다는 것이다. 이러한 점이 자바스크립트의 약점으로 여겨지기도 하지만 프로토타입 상속 모델은 사실 고전적인 방법보다 강력한 방법이다. 프로토타입 기반 언어에서 고전적인 방식을 구현하는 것은 간단하지만 그 반대는 훨씬 더 어려운 일이다.

2.1 의사 클래스(Pseudo-classical) 패턴

자바스크립트는 자신의 프로토타입 본질과 모순되는 점이 있다. 클래스와 비슷하게 보이는 일부 복잡한 구문은 프로토타입 메커니즘을 명확히 나타내지 못하게 한다.

프로토타입 본성에 맞게 객체에서 다른 객체로 직접 상속하는 방법을 갖는 대신 생성자 함수를 통해 객체를 생성하는 불필요한 간접적인 단계가 있다.

// 생성자 정의
var Mammal = function (name) {
  this.name = name;
};

// prototype 속성에 새로운 메서드 추가
Mammal.prototype.get_name = function ( ) {
  return this.name;
};

// prototype 속성에 새로운 메서드 추가
Mammal.prototype.says = function ( ) {
  return this.saying || '';
};

// 인스턴스 생성
var me = new Mammal('Lee');
var name = me.get_name( ); // 'Lee'

console.log(name);

mammal

이제 생성자 함수를 정의하고 이 함수의 prototype을 Mammal 인스턴스로 대체하는 방식으로 또 다른 의사 클래스(Pseudo-class)를 만들 수 있다.

var Cat = function (name) {
  this.name = name;
  this.saying = 'meow';
};

// Cat.prototype을 Mammal의 새 인스턴스로 대체
Cat.prototype = new Mammal();

// purr 메서드 추가.
Cat.prototype.purr = function (n) {
  var i, s = '';
  for (i = 0; i < n; i++) {
    if (s) {
      s += '-';
    }
    s += 'r';
  }
  return s;
};

// get_name 메서드를 Override
Cat.prototype.get_name = function ( ) {
  return this.says( ) + ' ' + this.name + ' ' + this.says( );
};

var myCat = new Cat('Mary');
var says = myCat.says( );
var purr = myCat.purr(5);
var name = myCat.get_name( );

console.dir(myCat);
console.log(says); // 'meow'
console.log(purr); // 'r-r-r-r-r'
console.log(name); // 'meow Mary meow'

cat

의사 클래스 패턴은 객체지향처럼 보이게 고안 됐지만 private는 전혀 없고 모든 프로퍼티는 public이다. 그리고 부모 메서드로 접근도 할 수 없다.

설상가상으로 생성자 함수의 사용에는 심각한 위험이 존재한다. 만약 생성자 함수를 호출할 때 new 연산자를 포함하는 것을 잊게 되면 this는 새로운 객체와 바인딩되지 않고 전역객체에 바인딩된다. (new 연산자와 함께 호출된 생성자 함수 내부의 this는 새로 생성된 객체를 참조한다.)

이런 문제점을 경감시키기 위해 파스칼 표시법(첫글자를 대문자 표기)으로 생성자 함수 이름을 표기하는 방법을 사용하지만, 이러한 방법보다 더 나은 대안은 new 를 사용하는 방식을 피하는 것이다.

2.2 프로토타입 패턴

순수하게 프로토타입에 기반한 패턴에서는 클래스가 필요없다. 프로토타입에 의한 상속은 개념적으로 클래스에 의한 상속보다 더 간단하다.

일단 객체를 생성한다.

var myMammal = {
  name : 'Lee',
  get_name : function ( ) {
    return this.name;
  },
  says : function ( ) {
    return this.saying || '';
  }
};

Object.create 메서드를 사용하여 더 많은 인스턴스를 생성할 수 있다. 그리고 나서 새로 만든 인스턴스에 필요한 메서드나 속성들을 추가할 수 있다.

Object.create 메서드는 매개변수에 전달한 프로토타입 객체를 상속하는 새로운 객체를 생성한다. 이 메서드의 폴리필(Polyfill: 특정 기능이 지원되지 않는 브라우저를 위해 사용할 수 있는 코드 조각이나 플러그인)을 살펴보자.

if (!Object.create) {
  Object.create = function (o) {
    if (arguments.length > 1) {
      throw new Error('Object.create implementation only accepts the first parameter.');
    }
    function F() {}  // 1
    F.prototype = o; // 2
    return new F();  // 3
  };
}

위 코드 후반부 3 line은 프로토타입 상속의 핵심을 담고 있다.

  1. 비어있는 함수 객체 F를 생성한다.

  2. 함수 객체 F.prototype 프로퍼티에 매개변수로 들어온 객체를 참조한다.

  3. 함수 객체 F를 생성자로 하여 새로운 객채를 생성하고 반환한다.

object.create()

Object.create 메서드를 사용하여 인스턴스를 생성하고 새로 만든 인스턴스에 필요한 메서드나 속성들을 추가하여 보자.

// 새로운 인스턴스 생성
var myCat = Object.create(myMammal);

myCat.name = 'Mary';
myCat.saying = 'meow';
myCat.purr = function (n) {
  var i, s = '';
  for (i = 0; i < n; i++) {
    if (s) {
      s += '-';
    }
    s += 'r';
  }
  return s;
};
myCat.get_name = function ( ) {
  return this.says( ) + ' ' + this.name + ' ' + this.says( );
};

inheritance prototype

이러한 방법은 클래스에 의한 상속과는 분병히 구별되는 상속 방법이다.

프로토타입에 의한 상속 패턴의 한가지 단점은 private 프로퍼티를 가질 수 없다는 것이다. 객체의 모든 속성은 public이다.

2.3 함수형 패턴

지금까지 살펴본 방식들의 공통된 단점은 private 프로퍼티를 가질 수 없다는 것이다.

var mammal = function(spec) {
  // private vars, methods

  // Object to return
  var that = {};

  that.get_name = function( ) {
    return spec.name;
  };
  that.says = function ( ) {
    return spec.saying || '';
  };

  return that;
};

var myMammal = mammal({name: 'Lee'});
  • 필요한 private 변수와 메서드를 정의한다. 객체에 담아 반환하지 않는 함수 내 변수와 매개변수는 private이다.
  • spec 객체에 인스턴스 생성 시 필요한 모든 정보를 담아 Constructor에 전달한다.
  • that 에 새로운 객체를 할당하고 메서드를 추가한다. 이때 추가되는 메서드는 함수의 매개변수와 private에 접근할 수 있다.
  • that을 리턴한다.
var cat = function (spec) {
  spec.saying = spec.saying || 'meow';

  // Inheritance (that은 super이다)
  var that = mammal(spec);

  that.purr = function (n) {
    var i, s = '';
    for (i = 0; i < n; i++) {
      if (s) {
        s += '-';
      }
      s += 'r';
    }
    return s;
  };
  that.get_name = function ( ) {
    return that.says( ) + ' ' + spec.name + ' ' + that.says( );
  };

  return that;
};

var myCat = cat({name: 'Mary'});

var says = myCat.says( );     // 'meow'
var purr = myCat.purr(5);     // 'r-r-r-r-r'
var name = myCat.get_name( ); // 'meow Mary meow'

함수형 패턴은 유연하며 의사 클래스 패턴보다 작업량이 적고 캡슐화, 정보은닉을 제공한다. 그리고 super 메서드에 접근할 수도 있다.

3. Encapsulation(캡슐화)와 Module Pattern(모듈 패턴)

캡슐화는 기본적으로 관련된 여러 정보를 하나의 틀 안에 담는 것으로 객체 지향 언어에서 상당히 중요한 개념이다. 관련있는 멤버 변수와 메서드를 클래스와 같은 하나의 틀 안에 담고 외부에 공개될 필요가 없는 정보는 숨길 수 있는데 이를 정보 은닉(information hiding)이라고 한다.

Java의 경우, 클래스를 정의하고 그 클래스를 구성하는 멤버에 대하여 public 또는 private 등으로 한정할 수 있다. public으로 선언된 메서드 또는 데이터는 외부에서 사용이 가능하며, private으로 선언된 경우는 외부에서 참조할 수 없고 내부에서만 사용된다.

이것은 클래스 외부에는 제한된 접근 권한을 제공하며 원하지 않는 외부의 접근에 대해 내부를 보호하는 작용을 한다. 이렇게 함으로써 이들 부분이 프로그램의 다른 부분들에 영향을 미치지 않고 변경될 수 있다.

하지만 자바스크립트는 public 또는 private 등의 키워드를 제공하지 않는다. 하지만 정보 은닉이 불가능한 것은 아니다.

var Person = function(arg) {
  var name = arg ? arg : ''; // ①

  this.getName = function() {
    return name;
  };

  this.setName = function(arg) {
    name = arg;
  };
}

var me = new Person('Lee');

var name = me.getName();

console.log(name);

me.setName('Kim');
name = me.getName();

console.log(name);

①의 name 변수는 private 변수가 된다. 자바스크립트는 function-level scope를 제공하므로 함수 내의 변수는 외부에서 참조할 수 없다. 만약에 var 때신 this를 사용하면 public 멤버가 된다. 단 new 키워드로 객체를 생성하지 않으면 this는 생성된 객체에 바인딩되지 않고 전역객체에 연결된다.

그리고 public 메서드 getName, setName은 클로저로서 private 변수(자유 변수)에 접근할 수 있다. 이것이 기본적인 정보 은닉 방법이다.

위 예제를 조금 더 정리해보자.

var person = function(arg) {
  var name = arg ? arg : '';

  return {
    getName: function() {
      return name;
    },
    setName: function(arg) {
      name = arg;
    }
  }
}

var me = person('Lee'); /* or var me = new person('Lee'); */

var name = me.getName();

console.log(name);

me.setName('Kim');
name = me.getName();

console.log(name);

person 함수는 객체를 반환한다. 이 객체 내의 메서드 getName, setName은 클로저로서 private 변수 name에 접근할 수 있다. 이러한 방식을 모듈 패턴이라 하며 캡슐화와 정보 은닉를 제공한다. 많은 라이브러리에서 사용되는 유용한 패턴이다.

이 모듈 패턴은 다음과 같은 주의할 점이 있다.

  • private 멤버가 객체나 배열일 경우, 반환된 해당 멤버의 변경이 가능하다.
var person = function(personInfo) {
  var o = personInfo;

  return {
    getPersonInfo: function() {
      return o;
    }
  }
}

var me = person({name:'Lee',gender:'male'});

var myInfo = me.getPersonInfo();
console.log('myInfo: ', myInfo);

myInfo.name = 'Kim';

myInfo = me.getPersonInfo();
console.log('myInfo: ', myInfo);

객체를 반환하는 경우 반환값은 얕은 복사(shallow copy)로 private 멤버의 참조값을 반환하게 된다. 따라서 외부에서도 private 멤버의 값을 변경할 수 있다. 이를 회피하기 위해서는 객체를 그대로 반환하지 않고 반환해야 할 객체의 정보를 새로운 객체에 담아 반환해야 한다. 반드시 객체 전체가 그대로 반환되어야 하는 경우에는 깊은 복사(deep copy)로 복사본을 만들어 반환한다.

  • person 함수가 반환한 객체는 person 함수 객체의 프로토타입에 접근할 수 없다. 이는 상속을 구현할 수 없음을 의미한다.

앞에서 살펴본 모듈 패턴은 생성자 함수가 아니며 단순히 메서드를 담은 객체를 반환한다. 반환된 객체는 객체 리터럴 방식으로 생성된 객체로 함수 person의 프로토타입에 접근할 수 없다.

var person = function(arg) {
  var name = arg ? arg : '';

  return {
    getName: function() {
      return name;
    },
    setName: function(arg) {
      name = arg;
    }
  }
}

var me = person('Lee');

console.log(person.prototype === me.__proto__); // false
console.log(me.__proto__ === Object.prototype); // true: 객체 리터럴 방식으로 생성된 객체와 동일하다

module pattern

반환된 객체가 함수 person의 프로토타입에 접근할 수 없다는 것은 person을 부모 객체로 상속할 수 없다는 것을 의미한다.

이 문제를 해결하기 위해서는 객체를 반환하는 것이 아닌 함수를 반환해야 한다.

var Person = function() {
  var name;

  var F = function(arg) { name = arg ? arg : ''; };

  F.prototype = {
    getName: function() {
      return name;
    },
    setName: function(arg) {
      name = arg;
    }
  };

  return F;
}();

var me = new Person('Lee');

console.log(Person.prototype === me.__proto__);

console.log(me.getName());
me.setName('Kim')
console.log(me.getName());

module pattern

캡슐화를 구현하는 패턴은 다양하며 각각의 패턴에는 장단점이 있다. 다양한 패턴의 장단점을 분석하고 파악하는 것이 보다 효율적인 코드를 작성하는데 중요하다.

지금까지 자바스크립트에서의 객체지향 프로그래밍을 구현하는 방법을 알아보았다. 사실 자바스크립트는 클래스 기반 언어가 아니므로 기존의 전통적 방식으로 구현하려는 시도는 바른 판단은 아니다. 다만 객체지향 프로그래밍이 추구하는 재사용성, 유지보수의 용이성 등을 극대화하기 위한 노력의 일환으로 보아야 한다. 자바스크립트만의 방식을 잘 활용하여 기존의 방식에 얽매이지 않는다면 보다 효율적인 프로그래밍이 가능할 것이다.

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