10. 원시 값과 객체의 비교

“5. 데이터 타입”에서 살펴보았듯이 자바스크립트가 제공하는 7가지 데이터 타입(숫자, 문자열, 불리언, null, undefined, symbol, 객체 타입)은 크게 원시 타입(primitive type)객체(object / reference type) 타입으로 구분할 수 있다. 데이터 타입을 원시 타입과 객체 타입으로 구분하는 이유는 무엇일까? 원시 타입과 객체 타입은 근본적으로 다르다는 의미일 것이다. 원시 타입과 객체 타입은 크게 세가지 측면에서 다르다.

  • 원시 타입의 값, 즉 원시 값은 변경 불가능한 값(immutable value)이다. 이에 비해 객체(참조) 타입의 값, 즉 객체는 변경 가능한 값(mutable value)이다.
  • 원시 값을 변수에 할당하면 변수에는 실제 값이 저장된다. 이에 비해 객체를 변수에 할당하면 변수에는 참조 값이 저장된다.
  • 원시 값을 갖는 변수를 다른 변수에 할당하면 원본의 원시 값이 복사되어 전달된다. 이를 값에 의한 전달(Pass by value)라 한다. 이에 비해 객체를 가리키는 변수를 다른 변수에 할당하면 원본의 참조 값이 복사되어 전달된다. 이를 참조에 의한 전달(Pass by reference)라 한다.

1. 원시 값

1.1. 변경 불가능한 값

원시 타입(primitive type)의 값, 즉 원시 값은 변경 불가능한 값(immutable value)이다. 다시 말해, 한번 생성된 원시 값은 read only한 값이므로 변경할 수 없다.

값은 변경할 수 없는 것은 구체적으로 무엇을 말하는지 살펴보도록 하자. 먼저 변수와 값은 구분해서 생각해야 한다. 변경 불가능하다는 것은 변수가 아니라 값에 대한 진술이다.

값을 변경할 수 없다는 것은 재할당을 할 수 없다는 의미와는 다르다. 변수는 새로운 값을 재할당하는 것으로 변수값을 변경할 수 있다. 그렇기 때문에 변수라고 부른다. 변수에 상대 개념인 상수는 재할당이 금지된 변수를 말한다. 상수도 값을 저장하기 위한 메모리 공간이 필요하므로 변수이다. 단, 변수는 언제든지 재할당을 통해 변수값을 변경할 수 있지만 상수는 단 한번만 할당이 허용된다. 따라서 상수와 변경 불가능한 값을 동일시하는 것은 곤란하다.

// const 키워드를 사용해 선언한 상수는 재할당이 금지된다.
const o = {};

// 하지만 const 키워드를 사용해 선언한 상수에 할당된 객체는 변경할 수 있다.
// 즉, 상수는 재할당이 금지된 변수일 뿐이다.
o.a = 1;
console.log(o); // {a: 1}

원시 값은 변경 불가능한 값, 즉 read-only한 값이다. 원시 값은 어떤 일이 있어도 불변한다. 이는 값의 신뢰성을 보장한다.

“4.4 값의 할당”에서 살펴보았듯이 원시 값을 갖는 변수에 새로운 원시 값을 재할당하면 변수는 재할당되기 이전의 값이 저장된 메모리 공간에 들어 있는 원시 값 자체를 수정하는 것이 아니라 새로운 메모리 공간을 확보하고 재할당한 원시 값을 저장한다. 다시 말해, 변수가 참조하던 메모리 공간의 주소가 바뀐다.

원시 값은 변경 불가능한 값이다

변수가 참조하던 메모리 공간의 주소를 변경한 이유는 변수에 할당된 원시 값이 변경 불가능한 값이기 때문이다. 만약 원시 값이 변경 가능한 값이라면 변수에 새로운 원시 값을 재할당했을 때 변수가 가리키던 메모리 공간의 주소를 바꿀 필요없이 원시 값 자체를 수정하면 그만이다. 이때, 변수가 참조하던 메모리 공간의 주소는 바뀌지 않는다.

원시 값이 변경 가능한 값인 경우

하지만 원시 값은 변경 불가능한 값이기 때문에 값을 직접 변경할 수 없다. 따라서 변수의 값을 변경하기 위해 원시 값을 재할당하면 새로운 메모리 공간을 확보하고 재할당한 값을 저장한 후, 변수가 참조하던 메모리 공간의 주소를 변경한다. 원시 값의 이러한 특성을 불변성(immutability)이라 한다.

불변성을 갖는 원시 값을 값으로 갖는 변수는 재할당 이외에 변수 값을 변경할 수 있는 방법이 없다. 만약 재할당 이외에 원시 값인 변수값을 변경할 수 있다면 예기치 않게 변수값이 변경될 수 있다는 것을 의미한다. 이는 값의 변경을 추적하기 어렵게 만들기 때문에 값에 대한 신뢰성을 떨어뜨린다.

1.2. 문자열과 불변성

“5.1.1 데이터 타입에 의한 메모리 공간의 확보”에서 살펴보았듯이 원시 값을 저장하려면 먼저 확보해야 하는 메모리 공간의 크기를 결정해야 하고, 이를 위해 원시 타입 별로 메모리 공간의 크기가 미리 정해져 있다고 했다. 단, ECMAScript 사양에 원시 타입의 크기를 규정하고 있지는 않다. 따라서 원시 타입의 크기는 브라우저 제조사의 구현에 따라 다를 수 있다.

원시 값인 문자열은 다른 원시 값과 비교할 때 독특한 특징이 있다. 문자열은 0개 이상인 문자(character)들의 집합을 말하며 1개의 문자는 2byte의 메모리 공간에 저장된다. 따라서 문자열 타입의 값은 몇개의 문자로 이루어졌는지에 따라 필요한 메모리 공간의 크기가 결정된다. 숫자 타입의 값은 1도, 1000000도 동일한 8byte가 필요하지만 문자열 타입의 경우, (실제와는 다르지만 단순하게 계산했을 때) 1개의 문자로 이루어진 문자열은 2byte, 10개의 문자로 이루어진 문자열은 20byte가 필요하다.

// 문자열은 0개 이상인 문자들의 집합이다.
var str1 = '';      // 0개의 문자로 구성된 문자열(빈 문자열)
var str2 = 'Hello'; // 5개의 문자로 구성된 문자열

이와 같은 이유로 C는 하나의 문자를 위한 데이터 타입(char)만 존재할 뿐 문자열 타입이란 존재하지 않는다. C는 문자열을 문자들의 배열로 처리하고 Java는 문자열을 String 객체로 처리한다.

하지만 자바스크립트는 개발자의 편의를 위해 원시 타입인 문자열 타입을 제공한다. 즉, 자바스크립트의 문자열은 원시 타입이며 변경 불가능하다. 이것은 문자열이 생성되면, 그 문자열을 변경할 수 없다는 것을 의미한다. 아래의 코드를 살펴보자.

var str = 'Hello';
str = 'world';

첫번째 문(statement)이 실행되면 메모리에 문자열 ‘Hello’가 생성되고 식별자 str은 문자열 ‘Hello’가 저장된 메모리 공간의 첫번째 셀의 주소를 가리킨다. 그리고 두번째 문이 실행되면 이전에 생성된 문자열 ‘Hello’을 수정하는 것이 아니라 새로운 문자열 ‘world’를 메모리에 생성하고 식별자 str은 이것을 가리킨다. 이때 문자열 ‘Hello’와 ‘world’는 모두 메모리에 존재하고 있다. 식별자 str은 문자열 ‘Hello’를 가리키고 있다가 문자열 ‘world’를 가리키도록 변경되었을 뿐이다.

문자열의 한 문자를 변경해 보자. 문자열은 유사 배열이므로 배열과 유사하게 각 문자에 접근할 수 있다.

유사 배열 (Array-like Object)
유사 배열은 배열은 아니지만 마치 배열처럼 처리할 수 있는 객체를 말한다. 문자열은 마치 배열처럼 인덱스를 통해 각 문자에 접근할 수 있으며 for 문으로 순회할 수도 있다. 이는 문자열이 length 프로퍼티를 갖는 객체일 수 있음을 의미한다.
갑자기 원시 값이 객체일 수도 있다니 혼란스러울 수 있겠다. 아직 살펴보지 않았지만 원시 값을 객체처럼 사용하면 원시 값을 감싸는 객체로 자동 변환된다. 이를 위해 String, Number, Boolean 등의 생성자 함수가 존재한다. 이에 대해서는 나중에 자세히 살펴볼 것이다.
var str = 'string';

// 문자열은 유사 배열이므로 배열과 유사하게 인덱스를 사용하여 각 문자에 접근할 수 있다.
console.log(str[0]); // s

// 하지만 문자열은 원시 타입인 값이므로 변경할 수 없다. 이때 에러가 발생하지 않는다.
str[0] = 'S';

console.log(str); // string

str[0] = 'S'처럼 이미 생성된 문자열의 일부 문자를 변경해도 반영되지 않는다. 이때 에러가 발생하지 않는다. 이처럼 한번 생성된 문자열은 read only로서 변경할 수 없다. 원시 값은 어떤 일이 있어도 불변한다. 따라서 예기치 못한 변경으로부터 자유롭다. 이는 값의 신뢰성을 보장한다.

그러나 변수에 새로운 문자열을 재할당하는 것은 물론 가능하다. 이는 기존 문자열을 변경하는 것이 아니라 새로운 문자열을 새롭게 할당하는 것이기 때문이다.

1.3. 값에 의한 전달

아래의 예제를 살펴보자.

var foo = 10;
var bar = foo;

foo = 100;
console.log(bar); // ?

변수 foo에 원시 타입인 숫자 값 10을 할당했다. 그리고 변수 bar에 변수 foo를 할당했다. 그후에 변수 foo에 새로운 숫자 값을 재할당하면 변수 bar의 값은 어떻게 될까?

이 질문의 핵심은 “변수에 변수를 할당했을 때 무엇이 어떻게 전달되는가?”이다. 할당한 변수(위 예제의 경우, foo)가 원시 타입이라면 할당한 변수값이 복사되어 전달된다. 이를 값에 의한 전달(Pass by value)라 한다.

위 예제의 경우, 변수 bar에 변수 foo를 할당하면 변수 foo의 값이 복사되어 변수 bar에 할당된다.

var foo = 10;

// 변수 bar에는 변수 foo의 값 10이 복사되어 할당된다.
var bar = foo;

console.log(foo, bar);    // 10  10
console.log(foo === bar); // true

이때 변수 foo와 변수 bar는 10이라는 숫자 타입의 값을 갖는다는 점에서는 동일하다. 하지만 변수 foo와 변수 bar의 값 10은 다른 메모리 공간에 저장된 별개의 값이다.

값에 의한 전달(Pass by value)

이제 변수 foo의 값을 변경해 보자.

var foo = 10;

// 변수 bar에는 변수 foo의 값 10이 복사되어 할당된다.
var bar = foo;

console.log(foo, bar);    // 10  10
console.log(foo === bar); // true

// 변수 foo와 변수 bar의 값은 다른 메모리 공간에 저장된 별개의 값이다.
// 따라서 변수 foo의 값을 변경하여도 변수 bar의 값에는 어떠한 영향도 주지 않는다.
foo = 100;

console.log(foo, bar);    // 100  10
console.log(foo === bar); // false

변수 foo와 변수 bar의 값 10은 다른 메모리 공간에 저장된 별개의 값이라는 것에 주의하기 바란다. 따라서 변수 foo의 값을 변경하여도 변수 bar의 값에는 어떠한 영향도 주지 않는다.

값에 의해 전달(Pass by value)된 값은 다른 메모리 공간에 저장된 별개의 값이다.

2. 객체

객체는 프로퍼티의 개수가 정해져 있지 않으며 동적으로 추가되고 삭제할 수 있다. 또한 프로퍼티의 값에도 제약이 없다. 따라서 객체는 원시 값과 같이 확보해야 할 메모리 공간의 크기를 사전에 정해 둘 수 없다.

객체는 복합적인 자료 구조이므로 객체를 관리하는 방식이 원시 값과 비교하여 복잡하고 구현 방식도 브라우저 제조사마다 제각각이다. 원시 값은 상대적으로 적은 메모리를 소비하지만 객체는 경우에 따라 크기가 매우 클 수도 있다. 객체를 생성하고 프로퍼티에 접근하는 것도 원시값과 비교할 때 비용이 많이 드는 일이다.

따라서 객체는 원시 값과는 다른 방식으로 동작하도록 디자인되어 있다. 원시 값과의 비교를 통해 객체를 이해해 보도록 하자.

자바스크립트의 객체 관리 방식

Java와 같은 클래스 기반 객체 지향 프로그래밍 언어는 사전에 정의된 클래스에 기반하여 객체(인스턴스)를 생성한다. 다시 말해, 객체를 생성하기 이전에 이미 프로퍼티와 메소드가 정해져 있으며 그대로 객체를 생성한다. 객체가 생성된 이후에는 프로퍼티를 삭제하거나 추가할 수 없다. 하지만 자바스크립트는 클래스없이 객체를 생성할 수 있으며 객체가 생성된 이후라도 동적으로 프로퍼티와 메소드를 추가할 수 있다.

이러한 이유로 대부분의 모던 자바스크립트 엔진은 객체의 프로퍼티 값의 위치를 메모리에 저장하기 위해 해시 함수 기반의 유사 딕셔너리 구조(dictionary-like structure)를 사용한다.

딕셔너리와 리스트

이는 이론적으로 Java와 같은 클래스 기반 객체 지향 프로그래밍 언어의 객체 관리 방식보다 더 비용이 많이 드는 비효율적인 방식이다. 따라서 V8 자바스크립트 엔진은 히든 클래스(hidden class)라는 방식을 사용한다. 히든 클래스는 Java와 같이 고정된 객체 레이아웃(클래스)과 유사하게 동작한다.

크롬 V8 자바스크립트 엔진이 객체를 어떻게 관리하는지에 대해 관심이 있다면 아래의 아티클을 참고하기 바란다.

2.1. 변경 가능한 값

객체(참조) 타입의 값, 즉 객체는 변경 가능한 값(mutable value)이다. 먼저 변수에 객체를 할당하면 어떤 일이 일어나는 지부터 살펴보자.

var person = {
  name: 'Lee'
};

원시 값을 할당한 변수는 원시 값 자체를 값으로 갖는다. 하지만, 객체를 할당한 변수는 참조 값(Reference value)을 값으로 갖는다. 참조 값은 생성된 객체가 저장된 메모리 공간의 주소, 그 자체이다.

객체의 할당

위 그림을 보면 객체를 할당한 변수가 확보한 메모리 공간에는 생성된 객체가 실제로 저장된 메모리 공간의 주소가 저장되어 있다. 이 값을 참조 값이라고 한다. 변수는 이 참조 값을 통해 객체에 접근할 수 있다.

원시 값을 할당한 변수를 평가하면 메모리에 저장되어 있는 원시 값을 반환한다. 이때 메모리에 저장되어 있는 데이터는 모두 2진수이지만 데이터 타입으로 2진수 데이터를 해석하여 값을 반환한다.

객체를 할당한 변수를 평가하면 메모리에 저장되어 있는 참조 값을 반환하는 것이 아니라 참조 값을 통해 실제 객체에 접근해 그 객체를 반환한다.

// 할당이 이루어지는 시점에 객체 리터럴이 해석되고 그 결과 객체가 생성된다.
var person = {
  name: 'Lee'
};

// person 변수에 저장되어 있는 참조값으로 실제 객체에 접근하여 그 객체를 반환한다.
console.log(person); // {name: "Lee"}

일반적으로 원시 값을 할당한 변수의 경우, “변수는 ◯값을 갖는다.” 또는 “변수의 값은 ◯이다.”라고 표현한다. 하지만 객체를 할당한 변수의 경우, “변수는 객체를 참조하고 있다” 또는 “변수는 객체를 가리키고(point) 있다”라고 표현한다. 위 예제에서 변수 person은 객체 { name: 'Lee' }를 참조하고(가리키고) 있다.

원시 값을 갖는 변수의 값을 변경하려면 재할당 이외에는 다른 방법이 없다. 변수가 가리키는 객체는 생성된 이후에도 프로퍼티를 동적으로 추가할 수도 있고 프로퍼티 값을 갱신할 수도 있으며 프로퍼티 자체를 삭제할 수도 있다. 다시 말해, 객체는 변경할 수 있는 값이다.

var person = {
  name: 'Lee'
};

// 프로퍼티 값 갱신
person.name = 'Kim';

// 프로퍼티 동적 추가
person.address = 'Seoul';

console.log(person); // {name: "Kim", address: "Seoul"}

원시 값은 변경 불가능한 값이므로 원시 값을 갖는 변수의 값을 변경하려면 재할당을 통해 메모리에 원시 값을 새롭게 생성해야 한다. 하지만 객체는 변경 가능한 값이므로 메모리에 저장된 객체를 직접 수정할 수 있다. 이때 참조 값은 변경되지 않는다.

객체는 변경 가능한 값이다.

앞에서 언급했듯이 객체를 생성하고 관리하는 방식은 매우 복잡하다. 객체를 변경할 때 마다 원시 값처럼 이전 값을 복사하여 새롭게 생성한다면 명확하고 깔끔하겠지만 객체는 크기가 매우 클 수도 있고 프로퍼티 값이 객체일 수도 있어서 복사(Deep copy)하고 생성하는 비용이 많이 든다. 다시 말해, 메모리의 효율적 소비가 어렵고 퍼포먼스가 나빠진다.

얕은 복사(shallow copy)와 깊은 복사(deep copy)
참조 값을 복사하는 것을 얕은 복사(shallow copy), 원시 값처럼 객체 자체를 복사하여 다시 생성하는 것을 깊은 복사(deep copy)라 한다.

따라서 메모리를 효율적으로 사용하기 위해 그리고 객체의 복사하고 생성하는 비용을 절약하여 퍼포먼스를 향상시키기 위해 객체는 변경 가능한 값으로 디자인되어 있다. 메모리 사용의 효율성과 퍼포먼스를 위해 어느 정도의 구조적인 단점을 감안한 디자인이라고 할 수 있다.

객체는 이러한 구조적 단점에 따른 부작용(Side effect)이 있다. 그것은 원시 값과는 다르게 여러 개의 식별자가 하나의 객체를 공유할 수 있다는 것이다.

2.2. 참조에 의한 전달

여러 개의 식별자가 하나의 객체를 공유할 수 있다는 것이 무엇을 의미하는지, 이로 인해 어떤 부작용이 발생하는지 확인해 보자.

var person = {
  name: 'Lee'
};

// 참조 값을 복사
var copy = person;

객체를 가리키는 변수(원본, person)를 다른 변수(사본, copy)에 할당하면 원본의 참조 값이 복사되어 전달된다. 이를 참조에 의한 전달(Pass by reference)라 한다.

참조에 의한 전달(Pass by reference)

위 그림처럼 원본 person를 사본 copy에 할당하면 원본 person의 참조 값을 복사하여 copy에 저장한다. 이때 원본 person와 사본 copy는 같은 참조 값을 갖는다. 다시 말해, 원본 person와 사본 copy 모두 동일한 객체를 가리키고 있다. 이것은 두개의 식별자가 하나의 객체를 공유한다는 것을 의미한다. 따라서 원본 또는 사본 어떤 한쪽에서 객체를 변경이 하면 서로 영향을 주고 받든다.

var person = {
  name: 'Lee'
};

// 참조 값을 복사. copy와 person은 동일한 객체를 참조한다.
var copy = person;

// copy와 person은 같은 참조 값을 갖는다.
console.log(copy === person); // true

// copy를 통해 객체를 변경한다.
copy.name = 'Kim';

// person을 통해 객체를 변경한다.
person.address = 'Seoul';

// copy와 person은 같은 동일한 가리키고 있다.
// 따라서 어느 한쪽에서 객체를 변경하면 서로 영향을 주고 받는다.
console.log(person); // {name: "Kim", address: "Seoul"}
console.log(copy);   // {name: "Kim", address: "Seoul"}

마지막으로 퀴즈를 풀어보고 마치도록 하자. 아래 예제를 살펴보고 결과를 예측해 보자.

var person1 = {
  name: 'Lee'
};

var person2 = {
  name: 'Lee'
};

console.log(person1 === person2); // ①

console.log(person1.name === person2.name); // ②
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