클로저

💡 클로저는 스코프와 실행 컨텍스트에 대한 사전 지식이 있으면 이해하는데 도움이 된다.

💡 클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.

💡 클로저는 외부함수보다 중첩함수가 더 오래 유지되고 이미 생명주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다.

- 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 함수는 클로저가 아니다.

- 중첩 함수가 클로저였지만 외부 함수보다 일찍 소멸되면 클로저의 본질에 부합하지 않는다.

함수 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성이다.
MDN에서의 정의 : 클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.

렉시컬 스코프(= 정적 스코프)

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); // 1
}

// foo와 bar은 모두 전역 함수다.
foo(); // 1
bar(); // 1

자바 스크립트 엔진 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다.

클로저와 렉시컬 환경

const x = 1;

function outer() {
  const x = 10;
  const inner = function() { console.log(x); };
  return inner;
}

// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 반환한다.
const innerFunc = outer();
innerFunc(); // 10

외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우

중첩 함수는 이미 생명주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다.

이러한 중첩 함수를 클로저라고 부른다.

자바스크립트의 모든 함수는 자신의 상위 스코프를 기억한다.

상위 스코프는 함수를 어디서 호출하든 상관없이 유지되며 상위 스코프의 식별자를 참조할 수 있고 식별자에 바인딩된 값을 변경할 수 있다.

const x = 1;

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

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

outerFunc(); // 1

상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 함수는 클로저가 아니다.

<!DOCTYPE html>
<html>
  <body>
    <script>
      function foo() {
        const x = 1;
        const y = 2;

        // 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.
        function bar() {
          const z = 3;

          debugger;
          // 상위 스코프의 식별자를 참조하지 않는다.
          console.log(z);
        }

        return bar;
      }

      const bar = foo();
      bar();
    </script>
  </body>
</html>

중첩 함수가 클로저였지만 외부 함수보다 일찍 소멸되면 클로저의 본질에 부합하지 않는다.

<!DOCTYPE html>
<html>
  <body>
    <script>
      function foo() {
      	const x = 1;
      
      	// bar 함수는 클로저였지만 곧바로 소멸한다.
      	// 이러한 함수는 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.
      	function bar() {
      		debugger;
      		// 상위 스코프의 식별자를 참조한다.
      		console.log(x);
      	}
      	bar();
      }
      
      foo();
    </script>
  </body>
</html>

외부 함수보다 더 오래 유지되고 상위 스코프의 식별자를 참조하면 클로저이다.

상위 스코프의 식별자 중에서 기억해야 할 식별자만 기억한다.

<!DOCTYPE html>
<html>
  <body>
    <script>
      function foo() {
        const x = 1;
        const y = 2;

        // 클로저
        // 중첩 함수 bar는 외부 함수보다 더 오래 유지되며 상위 스코프의 식별자를 참조한다.
        function bar() {
          debugger;
          console.log(x);
        }
        return bar;
      }

      const bar = foo();
      bar();
    </script>
  </body>
</html>

클로저의 활용

클로저는 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.
상태를 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 변경을 허용하기 위해 사용한다.

즉시 실행 함수 내에서 선언된 변수는 은닉된 변수다.

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

즉시 실행 함수 내에서 선언된 변수는 인스턴스를 통해 접근할 수 없으며, 즉시 실행 함수 외부에서도 접근할 수 없는 은닉된 변수다.

독립된 렉시컬 환경을 갖게 되면 자유 변수 값이 공유되지 않는다.

// 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 전달받은 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);
console.log(increaser()); // 1
console.log(increaser()); // 2

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

makeCounter 함수는 보조 함수를 인자로 전달받고 함수를 반환하는 고차 함수이다.
이 고차 함수가 반환하는 함수는 자신이 생성됐을 때의 렉시컬 환경인 makeCounter 함수의 스코프에 속한 counter 변수를 기억하는 클로저다.
주의) makeCounter 함수를 호출해 함수를 반환할 때 반환된 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖는다는 것
increaser에 할당하기 위해 makeCounter 함수를 호출한 이후 makeCounter 함수의 실행 컨텍스트는 소멸되지만,
decreaser에 할당하기 위해 다시 makeCounter를 호출함으로써 새로운 makeCounter 함수의 실행 컨텍스트가 생성되기 때문이다.
하지만 각 렉시컬 환경은 참조되고 있기 때문에 소멸되지 않는다.

렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들어야 자유 변수 값이 연동된다.

// 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 전달받은 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

캡슐화와 정보 은닉

캡슐화는 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것을 말한다.

정보 은닉 : 캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용
정보 보호 : 적절치 못한 접근으로부터 객체의 상태가 변경되는 것을 방지
객체 간의 의존성, 즉 결합도를 낮추는 효과가 있다.

자바스크립트는 정보 은닉을 완전하게 지원하지 않는다.

const Person = (function () {
  let _age = 0;

  // 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

자바스크립트는 접근 제한자를 제공하지 않는다.
모두 public 하며 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 외부에 공개되어 있다.
name 프로퍼티는 현재 외부로 공개되어 있어 자유롭게 참조 및 변경 가능하다.
_age 변수는 즉시 실행 함수의 지역 변수로 설정하여 private 하도록 설정해 외부에서 참조하거나 변경할 수 없다.
즉시 실행 함수가 반환하는 Person 생성자 함수와 Person 생성자 함수의 인스턴스가 상속받아 호출할 Person.prototype.sayHi 메서드는 즉시 실행 함수가 종료된 이후 호출된다.
Person 생성자 함수와 sayHi 메서드는 이미 종료되어 소멸한 즉시 실행 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 있는 클로저다.

하지만 위 코드 또한 문제가 있다. Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 다음과 같이 _age 변수의 상태가 유지되지 않는다는 것이다.

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.

이는 Person.prototype.sayHi 메서드가 단 한 번 생성되는 클로저이기 때문에 발생하는 현상이다.

즉시 실행 함수가 호출될 때 생성된다. 이때 Person.prototype.sayHi 메서드는 자신의 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조를 [[Environment]]에 저장하여 기억한다.

따라서 Person 생성자 함수의 모든 인스턴스가 상속을 통해 호출할 수 있는 Person.prototype.sayHi 메서드의 상위 스코프는 어떤 인스턴스로 호출하더라도 하나의 동일한 상위 스코프를 사용하게 된다. 이러한 이유로 여러 인스턴스 생성 시 _age 변수 상태가 유지되지 않는다.

자주 발생하는 실수

var funcs = [];

for (var i = 0; i < 3; i++) {
  funcs[i] = function () { return i; };
}

for (var j = 0; j < funcs.length; j++) {
  console.log(funcs[j]());
  // 3
  // 3
  // 3
}

0, 1, 2를 반환되어야 하지만 3, 3, 3이 반환된다.
그 이유는 var 키워드로 선언한 i 변수는 블록 레벨 스코프가 아닌 함수 레벨 스코프를 갖기 때문에 전역 변수이다.
따라서 funcs[j]를 호출할 때 전역 변수 i를 참조하여 3이 출력이 된다.

바르게 동작하도록 수정

var funcs = [];

for (var i = 0; i < 3; i++) {
  funcs[i] = (function (id) {
    return function () {
      return id;
    };
  }(i));
}

for (var j = 0; j < funcs.length; j++) {
  console.log(funcs[j]());
  // 0
  // 1
  // 2
}

즉시 실행 함수는 전역 변수 i에 현재 할당되어 있는 값을 인수로 전달받아 매개변수 id에 할당한 후 중첩 함수를 반환하고 종료된다.
따라서, 반환된 중첩함수는 상위 스코프를 기억하는 클로저이기에 매개변수 id는 자유 변수로서 해당 중첩 함수에 묶여있게 된다.

블록 레벨 스코프를 갖는 let을 사용하면 아래와 같이 더 깔끔하게 해결

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
}

for 문의 변수 선언문에서 let 키워드로 선언한 변수를 사용하면 for 문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다 for 문 코드 블록의 새로운 렉시컬 환경이 생성된다.
만약 for 문의 코드 블록 내에서 정의한 함수가 있다면 이 함수의 상위 스코프는 for 문의 코드 블록의 새로운 렉시컬 환경이다.
이때 함수의 상위 스코프는 for 문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다 식별자(for 문의 변수 선언문에서 선언한 초기화 변수 및 for 문의 코드 블록 내에서 선언한 지역 변수 등)의 값을 유지해야 한다.
이를 위해 for 문이 반복될 때마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성하여 식별자의 값을 유지한다.

이처럼 let이나 const 키워드를 사용하는 반복문은 코드 블록을 반복 실행할 때마다 새로운 렉시컬 환경을 생성하여 반복할 당시의 상태를 마치 스냅숏을 찍는 것처럼 저장
단, 이는 반복문의 코드 블록 내부에서 함수를 정의할 때 의미가 있다.
반복문의 코드 블록 내부에 함수 정의가 없는 반복문이 생성하는 새로운 렉시컬 환경은 반복 직후, 아무도 참조하지 않기 때문에 가비지 컬렉션의 대상이 된다.

또 다른 방법으로 함수형 프로그래밍 기법인 고차 함수를 사용하는 방법

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

// 배열의 요소로 추가된 함수들을 순차적으로 호출
funcs.forEach(f => console.log(f())); // 0 1 2

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

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