클로저 (Closure)

 

클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경의 조합이다. 🌟

A closure is the combination of a function and the lexical environment within which that function was declared.

 

모든 함수형 언어가 가지고 있는 가장 중요한 특성임.

스코프의 속성을 활용한 상위/외부 식별자를 접근함. (은닉성과 스코프 체인 제어)

 

 

1) 렉시컬 스코프

 

- 자바스크립트는 렉시컬 스코프를 따르는 프로그래밍 언어다.

- 자바스크립트 엔진은 함수를 어디서 호출했는지가 아니라, 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정함.

이를 렉시컬 스코프 (정적 스코프)라 한다.

 

const x = 1;

function foo() {
    const x = 10;
    bar();
}

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

foo();	//1
bar();	//1

 

- 함수의 상위 스코프는 함수를 어디서 정의했느냐에 따라 결정되므로, foo 함수와 bar 함수의 상위 스코프는 전역이다.

- 함수의 상위 스코프는 함수를 정의한 위치에 의해 정적으로 결정되고 변하지 않음.

- 스코프의 실체는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다<<< 렉시컬 환경은 자신의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조 (Outer Lexical Environment Reference) 를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결된다! 이것이 바로 스코프 체인이다.

 

- 즉, 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조" 에 저장할 참조값, 상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경(위치) 에 의해 결정된다. 이것이 바로 렉시컬 스코프다.

 

 

2) 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

 

- 함수가 정의된 환경 (위치) 과 호출되는 환경(위치) 은 다를 수 있다.

- 렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 자신이 호출되는 환경과는 상관없이 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프 (함수 정의가 위치하는 스코프가 바로 상위 스코프임) 를 기억해야 함.

- 함수가 자신의 내부 슬롯 [[Environment]] 에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장한다.

- 자신의 내부 슬롯 [[Environment]] 에 저장된 상위 스코프의 참조는 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킴.

 

- 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]] 에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 바로 상위 스코프다.

- 또한, 자신이 호출되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조" 에 저장될 참조값이다.

- 함수 객체는 내부 슬롯 [[Environment]] 에 저장한 렉시컬 환경의 참조, 즉 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억한다.

 

const x = 1;

function foo() {
    const x = 10;
    // 상위 스코프는 함수 정의 환경 (위치) 에 따라 결정됨.
    // 함수 호출 위치와 상위 스코프는 아무런 관계가 없음

    bar();
}

// 함수 bar()는 자신의 상위 스코프, 즉 전역 렉시컬 환경을 [[Environment]] 에 저장하여 기억함.

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

foo(); //1
bar(); //1

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environmen]] 에는 상위 스코프가 저장된다.

- 함수가 호출되면 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작한다.

 

1. 함수 실행 컨텍스트 생성

2. 함수 렉시컬 환경 생성

　2.1 함수 환경 레코드 생성

　2.2 this 바인딩

　2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

이때, 함수 렉시컬 환경의 구성 요소인 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]] 에 저장된 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

즉, 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]] 에 저장된 렉시컬 환경의 참조는 바로 함수의 상위 스코프를 의미한다.

이것이 바로 함수 정의 위치에 따라 상위 스코프를 결정하는 렉시컬 스코프의 실체임.

 

 

3) 클로저와 렉시컬 환경

 

const x = 1;

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

// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner 를 반환한다.
// 그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.

const innerFunc = outer();
innerFunc();	//10

 

- 위 코드에서 outer함수는 inner 함수를 반환하고 생명주기(life cycle)를 마감한다.

- 즉, outer 함수의 실행이 종료되면 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거(pop)됨. (outer 함수의 렉시컬 환경은 소멸하지 않음.)

- 그렇기 때문에, inner 함수는 (중첩 함수) outer 함수 (외부 함수) 의 변수를 참조하고 있기 때문에 코드의 실행 결과에서는 외부 함수인 outer 함수의 지역 변수 x 의 값인 10이 출력된다. 이러한 중첩 함수를 클로저(closure) 라고 부름. 😋

 

- 클로저(closure)는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참고하고 있고, 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적임.

 

 

4) 클로저의 활용

 

- 클로저는 상태를 안전하게 변경하고, 유지하기 위해 사용한다.

- 상태를 안전하게 은닉 (information hiding) 하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용한다.

 

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = (function () {
    // 카운트 상태 변수
    let num = 0;

    // 클로저
    return function () {
        return ++num;
    };
}());

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

 

- 위 코드에서는 즉시 실행 함수가 호출되고, 즉시 실행 함수가 반환한 함수가 increase 변수에 할당됨.

- increase 변수에 할당된 함수는 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저다.

 

- 즉시 실행 함수는 한 번만 실행되므로 increase가 호출될 때마다 num 변수가 재차 초기화될 일은 없고, 또한 num 변수는 외부에서 직접 접근할 수 없는 은닉된 private 변수이므로 전역 변수를 사용했을 때와 같이 의도되지 않은 변경을 걱정할 필요도 없기 때문에 안정적이다!

 

- 이처럼 클로저는 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 은닉하고, 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고, 유지하기 위해 사용함.

 

const counter = (function () {
    // 카운터 상태 변수
    let num = 0;

    // 클로저인 메서드를 갖는 객체를 반환
    // 객체 리터럴은 스코프를 만들지 않음
    // 따라서 아래 메서드들의 상위 스코프는 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경임
    
    return {
        // num: 0, 프로퍼티는 pbulic 하므로 은닉되지 않음!
        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

 

위 코드에서 즉시 실행 함수가 반환하는 객체 리터럴은 즉시 실행 함수의 실행 단계에서 평가되어 객체가 됨.

객체의 메서드도 함수 객체로 생성되고, 객체 리터럴의 중괄호는 코드 블록이 아니므로 별도의 스코프를 생성하지 않는다.

 

increase 와 decrease의 상위 스코프는 두 개의 메서드가 평가되는 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트인 즉시 실행 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다.

그렇기 때문에 언제 어디서 호출되는 상관없이 즉시 실행 함수의 스코프의 식별자를 참조할 수 있음!

 

변수 값은 누군가에 의해 언제든지 변경될 수 있어 오류 발생의 근본적 원인이 될 수 있음.

외부 상태 변경이나 가변(mutable) 데이터를 피하고 불변성(immutability) 을 지향하는 함수형 프로그래밍에서 부수 효과를 최대한 억제하여 오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이기 위해 클로저는 적극적으로 사용됨.

 

// 함수를 인수로 전달받고 함수를 반환하는 고차함수
// 이 함수는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 counter 를 기억하는 클로저를 반환한다.
function makeCounter (predicate) {
    // 카운터 상태를 유지하기 위한 자유 변수
    let counter = 0;

    // 클로저를 반환
    return function () {
        // 인수로 전달받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
        counter = predicate(counter);
        return counter;
    };
}

// 보조함수
function increase2(n) {
    return ++n;
}

// 보조함수
function decrease2(n) {
    return --n;
}

// 함수로 함수를 생성한다.
// makeCounter 함수는 보조 함수를 인수로 전달받아 함수를 반환함
const increaser = makeCounter(increase2);
console.log(increaser());   //1
console.log(increaser());   //2

// increaser 함수와는 별개의 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 카운터 상태가 연동되지 않음
const decreaser = makeCounter(decrease2);
console.log(decreaser());   //-1
console.log(decreaser());   //-2

 

위 코드에서 makeCounter 함수를 호출해 함수를 반환할 때 반환된 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖는당.

makeCounter 함수가 반환한 함수는 makeCounter 함수의 렉시컬 환경을 상위 스코프로서 기억하는 클로저다.

makeCounter 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경은 makeCounter 함수가 반환한 함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있기 때문에 소멸되지 않음!!!!!!!

 

위 코드에서는 전역 변수 increaser 와 decreaser 에 할당된 함수는 각각 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 카운트를 유지하기 위한 자유 변수 counter 를 공유하지 않아 카운터의 증감이 연동되지 않음! 따라서, 렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들어야 하무니다.

 

//독립된 카운터가 아닌, 연동하여 증감이 가능한 카운터를 만들려면 렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들어야 함.

//함수를 반환하는 고차 함수
//이 함수는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 counter 를 기억하는 클로저를 반환한다.
const counter2 = (function () {
    //카운터 상태를 유지하기 위한 자유 변수
    let counter2 = 0;
    //함수를 인수로 전달받아 클로저를 반환
    return function (predicate) {
        //인수로 전달받은 보조 함수에 상태 변경을 위임함
        counter2 = predicate(counter2);
        return counter2;
    };
}());

//보조함수
function increase3 (n) {
    return ++n;
}

//보조함수
function decrease3 (n) {
    return --n;
}

//보조함수를 전달하여 호출
console.log(counter2(increase3));
console.log(counter2(increase3));
console.log(counter2(decrease3));
console.log(counter2(decrease3));
//자유변수를 공유하고 있돵.

 

결론.

클로저란 함수와 해당 함수가 선언된 렉시컬 환경의 조합!

외부 함수가 반환된 후에도 외부 함수의 변수 범위 체인에 접근할 수 있는 함수다!

전역 변수의 사용을 억제하고, 정보를 은닉하기 위해 사용한다는 것이다. 😆