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.
자바스크립트는 원시 타입인 문자열 타입을 제공한다.
원시 값을 변수에 할당하면 변수(확보된 메모리 공간)에는 실제 값이 저장된다. 이에 비해 객체를 변수에 할당하면 변수(확보된 메모리 공간)에는 참조 값이 저장된다.
원시 값을 갖는 변수를 다른 변수에 할당하면 원본의 원시 값이 복사되어 저장된다. 이를 값에 의한 전달(pass by value)이라 한다. 이에 비해 객체를 가리키는 변수를 다른 변수에 할당하면 원본의 참조 값이 복사되어 전달된다. 이를 참조에 의한 전달(pass by reference)이라 한다.
원시 타입은 콜 스택에 저장된다.
참조 타입은 메모리 힙에 저장된다.
1. 원시 값
1.1. 변경 불가능한 값 ( feat. 상수와 변경 불가능한 값에 대한 오해 )
값을 변경할 수 없다는 것이 구체적으로 무엇을 말하는지 생각해보자.
먼저 변수와 값은 구분해서 생각해야 한다. 변수는 하나의 값을 저장하기 위해 확보한 메모리 공간 자체 또는 그 메모리 공간을 식별하기 위해 붙인 이름이고, 값은 변수에 저장된 데이터로서 표현식이 평가되어 생성된 결과를 말한다. 변경 불가능하다는 것은 변수가 아니라 값에 대한 진술이다.
즉, "원시 값은 변경 불가능하다"는 말은 원시 값 자체를 변경할 수 없다는 것이지 변수 값을 변경할 수 없다는 것이 아니다.
변수는 언제든지 재할당을 통해 변수 값을 변경(엄밀히 말하자면 교체)할 수 있다. 그렇기 때문에 변수라고 부른다.
변수의 상대 개념인 상수는 재할당이 금지된 변수를 말한다.상수도 값을 저장하기 위해 메모리 공간이 필요하므로 변수라고 할 수 있다. 단, 변수는 언제든지 재할당을 통해 변수 값을 변경(교체)할 수는 있지만, 상수는 단 한 번만 할당이 허용되므로 변수 값을 변경(교체)할 수 없다. 따라서 상수와 변경 불가능한 값을 동일시하는 것은 곤란하다.
(i.e. 변수는 변경 불가능한 값을 재할당 받을 수 있고, 상수는 변경 불가능한 값을 재할당이 불가능하다. 상수와 변경 불가능한 값은 아예 의미가 다르다.)
원시 값은 변경 불가능한 값, 즉 읽기 전용의 값이다. 원시 값은 어떤 일이 있어도 불변한다. 이러한 원시 값의 특성은 데이터의 신뢰성을 보장한다.
원시 값을 할당한 변수에 새로운 원시 값을 재할당하면 메모리 공간에 저장되어 있는 재할당 이전의 원시 값을 변경하는 것이 아니라 새로운 메모리 공간을 확보하고 재할당한 원시 값을 저장한 후, 변수는 새롭게 재할당한 원시 값을 가리킨다. 이 때 변수가 참조하던 메모리 공간의 주소가 바뀌는 것이다.
원시 값은 변경 불가능하기 때문에 변수에 새로운 원시 값을 재할당하려면 새로운 메모리 공간을 확보하고 재할당한 값을 저장해야 한다. 변수가 참조하던 메모리 공간의 주소를 변경한다. 값의 이러한 특성을 불변성(immutability)이라고 한다.
불변성을 갖는 원시 값을 할당한 변수는 재할당 이외에 변수 값을 변경할 수 있는 방법이 없다.
1.2. 문자열과 불변성
원시 값을 저장하려면 먼저 확보해야 하는 메모리 공간의 크기를 결정해야 한다. 이를 위해 원시 타입별로 메모리 공간의 크기가 미리 정해져 있다. 단, ECMAScript 사양에 문자열 타입(2byte)과 숫자 타입(8byte) 이외의 원시 타입은 크기를 명확히 규정하고 있지는 않아서 브라우저 제조사의 구현에 따라 원시 타입의 크기는 다를 수 있다.
원시 값인 문자열은 다른 원시 값과 비교할 때 독특한 특징이 있다. 문자열은 0개 이상의 문자로 이뤄진 집합을 말하며, 1개의 문자는 2byte의 메모리 공간에 저장된다. 따라서 문자열은 몇 개의 문자열로 이뤄졌느냐에 따라 필요한 메모리 공간의 크기가 결정된다. 숫자 값은 1도, 1000000도 동일한 8byte가 필요하지만 문자열의 경우 (실제와는 다르지만 단순하게 계산했을 때) 1개의 문자로 이뤄진 문자열은 2바이트, 10개의 문자로 이뤄진 문자열은 20byte가 필요하다.
// 문자열은 0개 이상의 문자로 이뤄진 집합이다.
var str1 = ''; // 0개의 문자로 이뤄진 문자열(빈 문자열)
var str2 = 'Hello'; // 5개의 문자로 이뤄진 문자열
이 같은 이유로 C에는 하나의 문자를 위한 데이터 타입(char)만 있을 뿐 문자열 타입은 존재하지 않는다. C에서는 문자열을 문자의 배열로 처리하고 자바에서는 문자열을 String 객체로 처리한다.
하지만 자바스크립트는 개발자의 편의를 위해 원시 타입인 문자열 타입을 제공한다. 이는 자바스크립트의 장점 중 하나다. 자바스크립트의 문자열은 원시 타입이며, 원시 타입이기 때문에 변경 불가능하다. 이것은 문자열이 생성된 이후에는 변경할 수 없음을 의미한다.
다음 코드를 보자
var str = 'Hello';
str = 'world';
문자열의 문자 변경
문자열의 한 문자를 변경해보자. 문자열은 유사 배열 객체이면서 이터러블이므로 배열과 유사하게 각 문자에 접근할 수 있다.
유사 배열 객체란 마치 배열처럼 인덱스로 프로퍼티 값에 접근할 수 있고 length 프로퍼티를 갖는 객체를 말한다. 문자열은 마치 배열처럼 인덱스를 통해 각 문자에 접근할 수 있으며, length 프로퍼티를 갖기 때문에 유사 배열 객체이고 for문으로 순회할 수도 있다.
var str = "string";
// 문자열은 유사 배열이므로 배열과 유사하게 인덱스를 사용해 각 문자에 접근할 수 있다.
console.log(str[0]); // s
// 원시 값인 문자열이 객체처럼 동작한다.
console.log(str.length); // 6
console.log(str.toUpperCase()); // STRING
// 문자열은 유사 배열이므로 배열과 유사하게 인덱스를 사용해 각 문자에 접근할 수 있다.
// 하지만 문자열은 원시 값이므로 변경할 수 없다. 이 때 에러가 발생하지 않는다.
str[0] = 'S';
console.log(str); // string
`str[0] = 'S'`처럼 이미 생성된 문자열의 일부 문자를 변경해도 반영되지 않는다. 문자열은 변경 불가능한 값이기 때문이다. 이처럼 한 번 생성된 문자열은 읽기 전용 값으로서 변경할 수 없다. 원시 값은 어떤 일이 있어도 불변한다. 따라서 예기치 못한 변경으로부터 자유롭다. 이는 데이터의 신뢰성을 보장한다.
그러나 변수에 새로운 문자열을 재할당하는 것은 물론 가능하다. 이는 기존 문자열을 변경하는 것이 아니라 새로운 문자열을 새롭게 할당하는 것이기 때문이다.
데이터 타입에 따라 확보되는 메모리 공간의 크기
ECMAScript 사양은 문자열과 숫자 타입 외의 데이터 타입의 크기를 명시적으로 규정하고 있지는 않다. 따라서 문자열과 숫자 타입을 제외하고 데이터 타입에 따라 확보되는 메모리 공간의 크기는 자바스크립트 엔진 제조사의 구현에 따라 다를 수 있다. 단, ECMAScript 사양에 숫자 타입은 배정밀도 64비트 부동소수점 형식을 사용한다고 명시되어 있고, 배정밀도 64비트 부동소수점 형식은 8바이트로 숫자를 표현해야 한다.
score 변수와 copy 변수는 숫자 값 80을 갖는다는 점에서는 동일하다. 하지만 score변수와 copy변수의 값 80은 다른 메모리 공간에 저장된 별개의 값이다.
이제 score 변수의 값을 변경해보자.
var score = 90;
// copy 변수에는 score 변수의 값 80이 복사되어 할당된다.
var copy = score;
console.log(score, copy); // 80 80
console.log(score === copy): // true
// score 변수와 copy 변수의 값은 다른 메모리 공간에 저장된 별개의 값이다.
// 따라서 score 변수의 값을 변경해도 copy 변수의 값에는 어떠한 영향도 주지 않는다.
score = 100;
console.log(score, copy) // 100 80
console.log(score === copy) // false
score 변수와 copy 변수의 값 80은 다른 메모리 공간에 저장된 별개의 값이라는 것에 주의하기 바란다. 따라서 score 변수의 값을 변경해도 copy 변수의 값에는 어떠한 영향도 주지 않는다.
값에 의한 전달 방식 1
사실 위 그림은 실제 자바스크립트 엔진의 내부 동작과 정확히 일치하지 않을 수 있다. ECMAScript 사양에는 변수를 통해 메모리를 어떻게 관리해야 하는지 명확하게 정의되어 있지 않다. 따라서 실제 자바스크립트 엔진을 구현하는 제조사에 따라 실제 내부 동작 방식은 미묘한 차이가 있을 수 있다.
위 그림에서는 변수에 원시 값을 갖는 변수를 할당하면 원시 값이 복사되는 것으로 표현했다. 하지만 변수에 원시 값을 갖는 변수를 할당하는 시점에는 두 변수가 같은 원시 값을 참조하다가 어느 한쪽의 변수에 재할당이 이뤄졌을 때 비로소 새로운 메모리 공간에 재할당된 값을 저장하도록 동작할 수도 있다. 참고로 파이썬은 이처럼 동작한다.
값에 의한 전달 방식 2
"값에 의한 전달" 에 대한 오해
참고로 "값에 의한 전달"이라는 용어는 자바스크립트를 위한 용어가 아니므로 사실 오해가 있을 수도 있다.
엄격하게 표현하면 변수에는 값이 전달되는 것이 아니라 메모리 주소가 전달되기 때문이다. 이는 변수와 같은 식별자는 값이 아니라 메모리 주소를 기억하고 있기 때문이다.
그러므로 "값에 의한 전달"도 사실은 값을 전달하는 것이 아니라 메모리 주소를 전달하는 것이다. 단, 전달된 메모리 주소를 통해 메모리 공간에 접근하면 값을 참조할 수 있는 것이다.
2. 객체
객체는 프로퍼티의 개수가 정해져 있지 않으며, 동적으로 추가되고 삭제할 수 있다. 또한 프로퍼티의 값에도 제약이 없다. 따라서 객체는 원시 값과는 다르게 확보해야 할 메모리 공간의 크기를 사전에 정해 둘 수 없다.
객체는 복합적인 자료구조이므로 객체를 관리하는 방식이 원시 값과 비교해서 복잡하고 구현 방식도 브라우저 제조사마다 다를 수 있다. 원시 값은 상대적으로 적은 메모리를 소비하지만 객체는 경우에 따라 크기가 매우 클 수도 있다. 객체를 생성하고 프로퍼티에 접근하는 것도 원시 값과 비교할 때 비용이 많이 드는 일이다.
따라서 객체는 원시 값과는 다른 방식으로 동작하도록 설계되어 있다. 원시 값과의 비교를 통해 객체를 이해해 보자.
자바스크립트 객체의 관리 방식
자바스크립트 객체는 프로퍼티 키를 인덱스로 사용하는 해시 테이블(hash table)이라고 생각할 수 있다. 대부분의 자바스크립트 엔진은 해시 테이블과 유사하지만 높은 성능을 위해 일반적인 해시 테이블보다 나은 방법으로 객체를 구현한다.
자바, C++ 같은 클래스 기반 객체지향 프로그래밍 언어는 사전에 정의된 클래스를 기반으로 객체(인스턴스)를 생성한다. 다시 말해 객체를 생성하기 이전에 이미 프로퍼티와 메서드가 정해져 있으며 그대로 객체를 생성한다. 객체가 생성된 이후에는 프로퍼티를 삭제하거나 추가할 수 없다.하지만 자바스크립트는 클래스 없이 객체를 생성할 수 있으며 객체가 생성된 이후라도 동적으로 프로퍼티와 메서드를 추가할 수 있다. 이는 사용하기 매우 편리하지만, 성능 면에서는 이론적으로 클래스 기반 객체지향 프로그래밍 언어의 생성과 프로퍼티 접근에 비용이 더 많이 드는 비효율적인 방식이다.
따라서 V8 자바스크립트 엔진에서는 프로퍼티에 접근하기 위해 동적 탐색(dynamic lookup) 대신 히든 클래스(hidden class)라는 방식을 사용해 C++객체의 프로퍼티에 접근하는 정도의 성능을 보장한다. 히든 클래스는 자바와 같이 고정된 객체 레이아웃(클래스)과 유사하게 동작한다.
마찬가지로 변수 식별자 b, c, d 이름 자체는 콜스택 상의 '실행 컨텍스트(Execution Context)의 렉시컬 환경(Lexical Environment)' 저장된다.
콜 스택(Call Stack)과 메모리 힙(Memory Heap)
- 콜 스택 소스코드(전역 코드나 함수 코드 등) 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택이 바로 콜 스택이다.(동일하다는 뜻)
- 메모리 힙 힙은 객체가 저장되는 메모리 공간이다. 콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다. 메모리에 값을 저장하려면 먼저 값을 저장할 메모리 공간의 크기를 결정해야 한다. 객체는 원시 값과는 달리 크기가 정해져 있지 않으므로 할당해야 할 메모리 공간의 크기를 런타임에 결정(동적 할당)해야 한다. 따라서 객체가 저장되는 메모리 공간의 힙은 구조화되어 있지 않다는 특징이 있다.
2.2. 변경 가능한 값
객체(참조) 타입의 값, 즉 객체 자체는 변경 가능한 값(mutable value)(=가변성을 가지고 있다)이다.
객체를 할당한 변수를 참조하면 메모리에 저장되어 있는 참조 값을 통해 실제 객체에 접근한다.
// 할당이 이뤄지는 시점에 객체 리터럴이 해석되고, 그 결과 객체가 생성된다.
var person = {
name: 'Lee',
}
// person 변수에 저장되어 있는 참조 값으로 실제 객체에 접근한다.
console.log(person); // {name: "Lee"}
위 예제에서 person 변수는 객체 { name: 'Lee' }를 가리키고(참조하고) 있다.
원시 값은 변경 불가능한 값이므로 원시 값을 갖는 변수의 값을 변경하려면 재할당 외에는 방법이 없다. 하지만 객체는 변경 가능한 값이다. 따라서 객체를 할당한 변수는 재할당 없이 객체를 직접 변경할 수 있다. 즉, 재할당 없이 프로퍼티를 동적으로 추가할 수도 있고 프로퍼티 값을 갱신할 수도 있으며 프로퍼티 자체를 삭제할 수도 있다.
var person = {
name: 'Lee',
}
// 프로퍼티 값 갱신
person.name = 'Kim';
// 프로퍼티 동적 생성
person.address = 'Seoul';
console.log(person); // { name: "Kim", address: "Seoul"}
객체는 변경 가능한 값이므로 메모리에 저장된 객체를 직접 수정할 수 있다.
이 때 객체를 할당한 변수에 재할당을 하지 않았으므로 객체를 할당한 변수의 참조 값은 변경되지 않는다.
객체의 특징과 부작용
앞에서 언급했듯이 객체를 생성하고 관리하는 방식은 매우 복잡하며 비용이 많이 드는 일이다. 객체를 변경할 때마다 원시 값처럼 이전 값을 복사해서 새롭게 생성한다면 명확하고 신뢰성이 확보되겠지만 객체는 크기가 매우 클 수도 있고, 원시 값처럼 크기가 일정하지도 않으며, 프로퍼티 값이 객체일 수도 있어서 복사(deep copy)해서 생성하는 비용이 많이 든다. 다시 말해, 메모리의 효율적 소비가 어렵고 성능이 나빠진다.
따라서 메모리를 효율적으로 사용하기 위해, 그리고 객체를 복사해 생성하는 비용을 절약하여 성능을 향상시키기 위해 객체는 변경 가능한 값으로 설계되어 있다. 메모리 사용의 효율성과 성능을 위해 어느 정도의 구조적인 단점을 감안한 설계라고 할 수 있다.
객체는 이러한 구조적 단점에 따른 부작용이 있다. 그것은 원시 값과는 다르게 여러 개의 식별자가 하나의 객체를 공유할 수 있다는 점이다.
얕은 복사와 깊은 복사
객체를 프로퍼티 값으로 갖는 객체의 경우 얕은 복사는 한 단계까지만 복사하는 것을 말하고, 깊은 복사는 객체에 중첩되어 있는 객체까지 모두 복사하는 것을 말한다.
const o = { x: { y: 1 } };
// 얕은 복사
const c1 = { ...o }; // 35장 "스프레드 문법" 참고
console.log(c1 === o); // false
console.log(c1.x === o.x); // true
// lodash의 cloneDeep을 사용한 깊은 복사
// "npm install lodash"로 lodash를 설치한 후, Node.js 환경에서 실행
const _ = require('lodash');
// 깊은 복사
const c2 = _.cloneDeep(o);
console.log(c2 === o); // false
console.log(c2.x === o.x); // false
얕은 복사와 깊은 복사로 생성된 객체는 원본과는 다른 객체다. 즉, 원본과 복사본은 참조 값이 다른 별개의 객체다. 하지만 얕은 복사는 객체에 중첩되어 있는 객체의 경우 참조 값을 복사하고 깊은 복사는 객체에 중첩되어 있는 객체까지 모두 복사해서 원시 값처럼 완전한 복사본을 만든다는 차이가 있다. 참고로 다음과 같이 원시 값을 할당한 변수를 다른 변수에 할당하는 것을 깊은 복사, 객체를 할당한 변수를 다른 변수에 할당하는 것을 얕은 복사라고 부르는 경우도 있다.
참고로 다음과 같이 원시 값을 할당한 변수를 다른 변수에 할당하는 것을 깊은 복사, 객체를 할당한 변수를 다른 변수에 할당하는 것을 얕은 복사라고 부르는 경우도 있다.
const v = 1;
// "깊은 복사"라고 부르기도 한다.
const c1 = v;
console.log(c1 === v); // true
const o = { x: 1 };
// "얕은 복사"라고 부르기도 한다.
const c2 = o;
console.log(c2 === o); //true
2.3. 참조에 의한 전달
여러 개의 식별자가 하나의 객체를 공유할 수 있다는 것이 무엇을 의미하는지, 어떤 부작용이 발생하는지 확인해보자.
var person = {
name: 'Lee',
}
// 참조 값을 복사(얕은 복사)
var copy = person;
객체를 가리키는 변수(원본, person)를 다른 변수(사본, copy)에 할당하면 원본의 참조 값이 복사되어 전달된다. 이를 참조에 의한 전달이라고 한다.
위 그림처럼 원본 person을 사본 copy에 할당하면 원본 person의 참조 값을 복사해서 copy에 저장한다. 이 때 원본 person과 사본 copy는 저장된 메모리 주소는 다르지만 동일한 참조 값을 갖는다. 다시 말해, 원본 person과 사본 copy 모두 동일한 객체를 가리킨다. 이것은 두 개의 식별자가 하나의 객체를 공유한다는 것을 의미한다. 따라서 원본 또는 사본 중 어느 한쪽에서 객체를 변경(변수에 새로운 객체를 재할당하는 것이 아니라 객체의 프로퍼티 값을 변경하거나 프로퍼티를 추가, 삭제)하면 서로 영향을 주고받는다.
var person = {
name: 'Lee',
}
// 참조 값을 복사(얕은 복사), copy와 person은 동일한 참조 값을 갖는다.
var copy = person;
// copy와 person은 동일한 객체를 참조한다.
console.log(copy === person); // true
// copy를 통해 객체를 변경한다.
copy.name = 'Kim';
// person을 통해 객체를 변경한다.
person.address = 'Seoul';
// copy와 person은 동일한 객체를 가리킨다.
// 따라서 어느 한쪽에서 객체를 변경하면 서로 영향을 주고받는다.
console.log(person); // { name: "Kim", address: "Seoul" }
console.log(copy); // { name: "Kim", address: "Seoul" }
값에 의한 전달과 참조에 의한 전달의 공통점과 차이점
"값에 의한 전달"과 "참조에 의한 전달"은 식별자가 기억하는 메모리 공간에 있는 값을 복사해서 전달한다는 면에서 동일하다. 다만 식별자가 기억하는 메모리 공간, 즉 변수에 저장되어 있는 값이 원시 값이냐 참조 값이냐만 차이가 있을 뿐이다. 따라서 자바스크립트에는 "참조에 의한 전달"은 존재하지 않고 "값에 의한 전달"만이 존재한다고 말할 수 있다.
자바스크립트의 이 같은 동작 방식을 설명하는 정확한 용어는 존재하지 않는다. 이러한 이유로 "값에 의한 전달"이나 "참조에 의한 전달"이라는 용어를 사용하지 않고 "공유에 의한 전달"이라고 표현하는 경우도 있다. 다만, 자바스크립트에는 포인터(pointer)가 존재하지 않기 때문에 포인터가 존재하는 다른 프로그래밍 언어의 "참조에 의한 전달"과 의미가 정확히 일치하지 않는다는 점에 주의해야 한다.
3. 불변성과 가변성
위에서 살펴본 불변성과 가변성에 대해 그림으로 정리를 해보자.
3.1. 원시 데이터와 불변성
var a = 3;
a = 5;
변수영역이 참조하는 데이터 영역의 주소는 재할당이 가능하기에 변했다. -> 그래서 변수라고 부른다.
이전에 참조되고 있던 데이터 영역의 값은 변경되지 않고 또 다른 별도의 메모리 공간을 다시 확보해서 데이터를 저장했다. 새 공간의 주소를 변수 영역의 데이터가 참조한다. -> 불변성이 지켜진다.
변하지 않은 5001 데이터 영역 주소의 값을 불변값이라고 한다.
3.2. 참조형 데이터와 가변성
// 변경 전
var obj = {
a: 1,
b: "abc",
};
// 변경 후
var obj = {
a: 1,
b: "abc",
};
var obj.a = 2;
눌러서 확대해서 보세요
참조형 데이터와 원시 데이터의 결정적인 차이는 객체의 프로퍼티가 저장되는 영역이 별도로 존재한다는 점이다.
프로퍼티가 일종의 변수영역으로 관리되기 때문에 프로퍼티 영역의 주소값이 저장되는 데이터가 변할 수 있는 가변값임을 알 수 있다. 그렇기 때문에 참조형 데이터는 불변하지 않다고 이야기 한다.
그런데 중요한 점은 참조형은 언제나 가변값은 아니라는 점이다.
흔히 참조형 데이터가 가변값이라고 애기하는 것은 내부 프로퍼티 영역을 별도의 변수 영역으로 보고 프로퍼티 내부를 변경하려 할 때 참조하는 데이터의 영역 주소가 변경될 때만 해당하는 얘기다.
그러면 어떻게 불변값으로 만들 수 있을까? 즉,어떻게 해야 불변 객체로 만들 수 있을까? 답은 간단하다.객체 자체를 아예 새로 할당하거나 복사를 하면 된다.
`obj2`가 참조하는 객체는 `obj`가 참조하는 기존 객체와 참조하는 데이터 영역의 주소는 같아 프로퍼티 값은 같지만, `obj2`에 접근해서 프로퍼티 데이터 주소를 바꿨을 때 기존 객체를 변경시키지 않는다. 즉, 기존 obj가 참조하는 객체는 이러한 관점에서 불변 객체가 된다.
