[Javascript] Scope, Hoisting

*** 아래 내용은 <모던 자바스크립트 deep dive>(이웅모 저) 책을 공부하며 정리한 내용입니다.***

 

Scope

 

 함수의 매개변수는 함수 몸체 내부에서만 참조할 수 있고 함수 몸체 외부에서는 참조할 수 없다. 이것은 매개변수를 참조할 수 있는 유효범위, 즉 매개 변수의 스코프가 함수 몸체 내부로 한정되기 때문이다.

 

function add(x, y) {
  // 매개변수는 함수 몸체 내부에서만 참조할 수 있다.
  // 즉, 매개변수의 스코프(유효범위)는 함수 몸체 내부다.
  console.log(x, y); // 2 5
  return x + y;
}

add(2, 5);

// 매개변수는 함수 몸체 내부에서만 참조할 수 있다.
console.log(x, y); // ReferenceError: x is not defined

 

변수는 코드의 바깥 영역뿐만 아니라 코드 블록이나 함수 몸체 내에서도 선언할 수 있다. 이 때 코드 블록이나 함수는 중첩될 수 있다. 

 

var var1 = 1; // 코드의 가장 바깥 영역에서 선언한 변수

if (true) {
  var var2 = 2; // 코드 블록 내에서 선언한 변수
  if (true) {
    var var3 = 3; // 중첩된 코드 블록 내에서 선언한 변수
  }
}

function foo() {
  var var4 = 4; // 함수 내에서 선언한 변수

  function bar() {
    var var5 = 5; // 중첩된 함수 내에서 선언한 변수
  }
}

console.log(var1); // 1
console.log(var2); // 2
console.log(var3); // 3
console.log(var4); // ReferenceError: var4 is not defined
console.log(var5); // ReferenceError: var5 is not defined

 

모든 식별자(변수 이름, 함수 이름, 클래스 이름 등)는 자신이 선언된 위치에 의해 다른 코드가 식별자 자신을 참조할 수 있는 유효 범위가 결정된다. 이를 스코프라고 한다. 스코프는 식별자가 유효한 범위를 말한다. 

 자바스크립트 엔진은 스코프를 통해 스코프는 자바스크립트 엔진이 식별자를 검색할 때 사용하는 규칙이라고 할 수 있다.

 

var x = 'global';

function foo() {
  var x = 'local';
  console.log(x); // ①
}

foo();

console.log(x); // ②

 

  코드의 가장 바깥 영역과 foo 함수 내부에 같은 이름을 갖는 x변수를 선언했고 ①과 ②에서 x 변수를 참조한다. 이때 자바스크립트 엔진은 이름이 같은 두 개의 변수 중에서 어떤 변수를 참조해야 할 것인지를 결정해야 한다. 이를 식별자 결정(identifier resolution)이라 한다. 자바스크립트 엔진은 스코프를 통해 어떤 변수를 참조해야 할 것인지 결정한다. 따라서 스코프란 자바스크립트 엔진이 식별자를 검색할 때 사용하는 규칙이라고도 할 수 있다. 

 자바스크립트 엔진은 코드를 실행할 때 코드의 문맥(context)을 고려한다. 코드가 어디서 실행되며 주변에 어떤 코드가 있는지에 따라 위 예제의 ①과 ②처럼 동일한 코드도 다른 결과를 만들어낸다.

 "코드가 어디서 실행되며 주변에 어떤 코드가 있는지"를 렉시컬 환경(Lexical Environment)이라고 부른다. 즉, 코드의 문맥(context)은 렉시컬 환경으로 이뤄진다. 이를 구현한 것이 "실행 컨텍스트(execution context)"이며, 모든 코드는 실행 컨텍스트에서 평가되고 실행된다. 스코프는 실행컨텍스트와 깊은 관련이 있다.

 

 위 예제에서 코드의 가장 바깥 영역에 선언된 x 변수는 어디서든 참조할 수 있다. 하지만 foo 함수 내부에서 선언된 x 변수는 foo 함수 내부에서만 참조할 수 있고 foo 함수 외부에서는 참조할 수 없다. 이때 두개의 x 변수는 식별자 이름이 동일하지만 자신이 유효한 범위, 즉 스코프가 다른 별개의 변수이다. 

 

출처: <모던 자바스크립트 deep dive>(이웅모 저)

 

 만약 스코프라는 개념이 없다면 같은 이름을 갖는 변수는 충돌을 일으키므로 프로그램 전체에서 하나밖에 사용할 수 없다. 

 변수와 함수의 이름과 같은 식별자는 어떤 값을 구별하여 식별해낼 수 있는 고유한 이름을 말한다. 사람을 고유한 이름으로 구별하듯이 값도 사람이 이해할 수 있는 언어로 지정한 고유한 식별자인 변수 이름에 의해 구별하여 참조할 수 있다. 

 식별자는 어떤 값을 구별할 수 있어야 하므로 유일해야 한다. 따라서 식별자인 변수 이름은 중복될 수 없다. 즉, 하나의 값은 유일한 식별자에 연결되어야 한다.

 예를 들어 파일 이름은 하나의 파일을 구별하여 식별할 수 있는 식별자이다. 식별자인 파일 이름을 중복해서 사용할 수 있는 이유는 폴더(디렉터리)라는 개념이 있기 때문이다. 

 이와 마찬가지로 프로그래밍 언어에서는 스코프(유효 범위)를 통해 식별자인 변수 이름의 충돌을 방지하여 같은 이름의 변수를 사용할 수 있게 한다. 스코프 내에서 식별자는 유일해야 하지만 다른 스코프에는 같은 이름의 식별자를 사용할 수 있다. 즉 스코프는 네임 스페이스이다. 

 

 

var 키워드로 선언된 변수는 같은 스코프 내에서 중복 선언이 허용된다. 이는 의도치 않게 변수값이 재할당되어 변경되는 부작용을 발생시킨다.

 

 

function foo() {
  var x = 1;
  // var 키워드로 선언된 변수는 같은 스코프 내에서 중복 선언을 허용한다.
  // 아래 변수 선언문은 자바스크립트 엔진에 의해 var 키워드가 없는 것처럼 동작한다.
  var x = 2;
  console.log(x); // 2
}
foo();

 

하지만 let이나 const 키워드로 선언된 변수는 같은 스코프 내에서 중복 선언을 허용하지 않는다.

 

function bar() {
  let x = 1;
  // let이나 const 키워드로 선언된 변수는 같은 스코프 내에서 중복 선언을 허용하지 않는다.
  let x = 2; // SyntaxError: Identifier 'x' has already been declared
}
bar();

 

코드는 전역 (global)과 지역 (local)으로 구분할 수 있다.

변수는 자신이 선언된 위치(전역 또는 지역)에 의해 자신이 유효한 범위인 스코프가 결정된다. 즉, 전역에서 선언된 변수는 전역 스코프를 갖는 전역 변수이고, 지역에서 선언된 변수는 지역 스코프를 갖는 지역 변수이다.

 

 전역이란 코드 가장 바깥영역을 말한다. 전역은 전역 스코프(global scope)를 만든다. 전역에 변수를 선언하면 전역 스코프를 갖는 전역 변수(global variable)가 된다. 전역 변수는 어디서든지 참조할 수 있다. 

 

                       

var x = "global x";
var y = "global y";

function outer() {
    
   var z = "outer's local z";

   console.log(x); 
   console.log(y); 
   console.log (z); 

function inner() {
   
    var x = "inner's local x";

   console.log(x); 
   console.log(y); 
   console.log (z); 
   
  }
   inner();
  
outer();

console.log(x); 
console.log(z);

                           

 

출처: <모던 자바스크립트 deep dive>(이웅모 저)

 

 

 

출처: <모던 자바스크립트 deep dive>(이웅모 저)

 

 

지역이란 함수 몸체 내부를 말한다. 지역은 지역 스코프를 만든다. 지역에 변수를 선언하면 지역 스코프를 갖는 지역 변수가 된다. 지역 변수는 자신의 지역 스코프와 하위 지역 스코프에서 유효하다.

   위 코드에서 outer 함수 내부에서 선언된 z변수와 inner 함수 내부에서 선언된 x 변수는 지역 변수이다. 지역 변수 z를 전역에서 참조하면 참조 에러가 발생된다. 지역 변수 x의 경우에도 전역 또는 inner 함수 내부 이외의 지역에서 참조하면 참조 에러가 발생된다. 

 

 모든 스코프는 하나의 계층적 구조로 연결되며, 모든 지역 스코프의 최상위 스코프는 전역 스코프이다. 스코프가 이렇게 계층적으로 연결된 것을 스코프 체인이라고 한다. 아래 그램에서 스코프 체인은 최상위 스코프인 전역 스코프, 전역에서 선언된 outer 함수의 지역 스코프, outer 함수 내부에서 선언된 inner 함수의 지역 스코프로 이루어진다.

 변수를 참조할 때 자바스크립트 엔진은 스코프 체인을 통해 변수를 참조하는 코드의 스코프에서 시작하여 상위 스코프 방향으로 이동하며 선언된 변수를 검색한다. 이를 통해 상위 스코프에서 선언한 변수를 하위 스코프에서도 참조할 수 있다. 

 

 스코프 체인은 물리적인 실체로도 존재한다. 자바스크립트 엔진은 코드(전역 코드와 함수 코드)를 실행하기에 앞서 렉시컬 환경(Lexical Environment)을 실제로 생성한다. 변수 선언이 실행되면 변수 식별자가 이 자료구조(렉시컬 환경) key로 등록되고 변수 할당이 일어나면 이 자료구조의 변수 식별자에 해당하는 값을 변경한다. 변수의 검색도 이 자료구조 상에서 이뤄진다. 

 

 스코프 체인은 실행 컨택스트의 렉시컬 환경을 단방향으로 chaining 함 것이다. 전역 렉시컬 환경은 코드가 로드되면 곧바로 생성되고 함수의 렉시컬 환경은 함수가 호출되면 곧바로 생성된다. 

 

출처: <모던 자바스크립트 deep dive>(이웅모 저)

 

// 전역 함수
function foo() {
  console.log('global function foo');
}

function bar() {
  // 중첩 함수
  function foo() {
    console.log('local function foo');
  }

  foo(); // 
}

bar();

 

 지역은 함수 몸체 내부를 말하고 지역은 지역 스코프를 만든다. 이는 코드 블록이 아닌 함수에 의해서 지역 스코프가 생성된다는 의미이다. 

 C나 자바 등을 비롯한 대부분의 프로그래밍 언어는 함수 몸체만이 아니라 모든 코드 블록(if, for, while, try/catch)이 지역 스코프를 만든다. 이러한 특성을 블록 레벨 스코프라 한다. 하지만 var 키워드로 선언된 변수는 오로지 함수의 코드 블록(함수 몸체)만을 지역 스코프로 인정한다. 이러한 특성을 함수 레벨 스코프라고 한다.

 

   var 키워드로 선언된 변수는 함수의 코드 블록(함수 몸체)만을 지역 스코프로 인정한다. 함수 밖에서 var 키워드로 선언된 변수는 코드 블록 내에서 선언되었다 할지라도 모두 전역 변수다. 따라서 x는 전역 변수다. 이미 선언된 전역 변수 x가 있으므로 x 변수는 중복 선언된다. 이는 의도치 않게 변수 값이 변경되는 부작용을 발생시킨다.

 

 

var x = 1;

if (true) {
  // var 키워드로 선언된 변수는 함수의 코드 블록(함수 몸체)만을 지역 스코프로 인정한다.
  // 함수 밖에서 var 키워드로 선언된 변수는 코드 블록 내에서 선언되었다 할지라도 모두 전역 변수다.
  // 따라서 x는 전역 변수다. 이미 선언된 전역 변수 x가 있으므로 x 변수는 중복 선언된다.
  // 이는 의도치 않게 변수 값이 변경되는 부작용을 발생시킨다.
  var x = 10;
}

console.log(x); // 10

 

 

블록 레벨 스코프를 지원하는 프로그래밍 언어에서는 for 문에서 반복을 위해 선언된 i 변수가 for 문의 코드 블록 내에서만 유효한 지역 변수이다. 이 변수를 for 문 외부에서 사용할 일은 없기 때문이다. 하지만 var 키워드로 선언된 변수는 블록 레벨 스코프를 인정하지 않기 때문에 i 변수는 전역 변수가 된다. 따라서 전역 변수 i는 중복 선언되고 그 결과 의도치 않은 전역 변수의 값이 재할당된다. 

var 키워드로 선언된 변수는 오로지 함수의 코드 블록만을 지역 스코프로 인정하지만 let과 cons키워드는 블록레벨 스코프를 지원한다.

 

 

var i = 10;

// for 문에서 선언한 i는 전역 변수다. 이미 선언된 전역 변수 i가 있으므로 중복 선언된다.
for (var i = 0; i < 5; i++) {
  console.log(i); // 0 1 2 3 4
}

// 의도치 않게 변수의 값이 변경되었다.
console.log(i); // 5

 

 

자바스크립트는 렉시컬 스코프를 따르므로 함수를 어디에서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에서 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다. 함수가 호출된 위치는 상위 스코프 결정에 어떠한 영향도 주지 않는다. 즉 함수의 상위 스코프는 언제나 자신이 정의된 스코프이다.

 이처럼 함수의 상위 스코프는 함수 정의가 실행될 때 정적으로 결정된다. 함수 정의(함수 선언문 또는 함수 표현식)가 실행되어 생성된 함수 객체는 이렇게 결정된 상위 스코프를 기억한다. 함수가 호출될 때마다 함수의 상위 스코프를 참조해야 되기 때문이다.

 아래 예제에서 bar 함수는 전역에서 정의된 함수이다. 함수 선언문으로 정의된 bar 함수는 전역 코드가 실행되기 전에 먼저 평가되어 함수 객체를 생성한다. 이 때 생성된 bar 함수 객체는 자신이 정의된 스코프, 즉 전역 스코프를 기억한다. 그리고 bar 함수가 호출되면 호출된 곳이 어디인지 관계없이 언제나 자신이 기억하고 있는 전역 스코프를 상위스코프로 사용한다. 따라서 아래 예제를 실행하면 전역 변수 x의 값 1이 두 번 출력된다.

 

var x = 1;

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

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

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

 

Hoisting

 

변수 호이스팅

var 키워드로 선언된 변수와 달리 let 키워드로 선언한 변수는 변수 호이스팅이 발생하지 않는 것처럼 동작한다.

 

let 키워드로 선언한 변수를 변수 선언문 이전에 참조하면 참조 에러가 발생한다. 

var 키워드로 선언한 변수는 런타임 이전에 자바스크립트 엔진에 의해 암묵적으로 "선언 단계"와 "초기화 단계"가 한번에 진행된다. 즉 선언 단계에서 스코프(실행 컨텍스트의 렉시컬 환경(Lexical Environment))에 변수 식별자를 등록해 자바스크립트 엔진에 변수의 존재를 알린다. 그리고 즉시 초기화 단계에서 undefined로 변수를 초기화한다. 따라서 변수 선언문 이전에 변수에 접근해도 스코프에 변수가 존재하기 때문에 에러가 발생하지 않는다. 다만 undefined를 반환한다. 이후 변수 할당문에 도달하면 비로소 값이 할당된다.

 

// var 키워드로 선언한 변수는 런타임 이전에 선언 단계와 초기화 단계가 실행된다.
// 따라서 변수 선언문 이전에 변수를 참조할 수 있다.
console.log(foo); // undefined

var foo;
console.log(foo); // undefined

foo = 1; // 할당문에서 할당 단계가 실행된다.
console.log(foo); // 1

 

let 키워드로 선언한 변수는 선언단계와 초기화 단계가 분리되어 진행된다. 즉 런타임 이전에 자바스크립트 엔진에 의해 암묵적으로 선언단계가 먼저 실행되지만 초기화 단계는 변수 선언문에 도달했을 때 실행된다. 만약 초기화 단계가 실행되기 이전에 변수에 접근하려고 하면 참조 에러가 발생된다. let 키워드로 선언한 변수는 스코프의 시작 시점부터 초기화 단계 시작 지점(변수 선언문)까지 변수를 참조할 수 없다. 스코프의 시작 지점부터 초기화 시작 지점까지 변수를 참조할 수 없는 구간을 일시적 사각지대라고 부른다.

 아래 예제에서 let 키워드로 선언한 변수도 여전히 호이스팅이 발생하기 때문에 참조 에러(ReferenceError)가 발생한다.

 

let foo = 1; // 전역 변수

{
  console.log(foo); // ReferenceError: Cannot access 'foo' before initialization
  let foo = 2; // 지역 변수
}

자바스크립트는  ES6에서 도입된 let, const 를 포함해서 모은 선언(let, var, const, function, function*, class) 을 호이스팅한다. 단 ES6에서 도입된 let, const, class 를 사용한 선언문은 호이스팅이 발생하지 않은 것처럼 동작한다.

 

함수 생성 시점과 함수 호이스팅

 

아래 예제와 같이 함수 선언문으로 정의한 함수는 함수 선언문 이전에 호출할 수 있다. 그러나 함수 표현식으로 정의한 함수는 함수 표현식 이전에 호출할 수 없다. 이는 함수 선언문으로 정의한 함수와 함수 표현식으로 정의한 함수의 생성 시점이 다르기 때문이다.

 

// 함수 참조
console.dir(add); // ƒ add(x, y)
console.dir(sub); // undefined

// 함수 호출
console.log(add(2, 5)); // 7
console.log(sub(2, 5)); // TypeError: sub is not a function

// 함수 선언문
function add(x, y) {
  return x + y;
}

// 함수 표현식
var sub = function (x, y) {
  return x - y;
};

 

모든 선언문이 그렇듯 함수 선언문도 코드가 한 줄씩 순차적으로 실행되는 시점인 런타임 이전에 자바스크립트 엔진에 의해 먼저 실행된다. 다시 말해 함수 선언문으로 함수를 정의하면 런타임 이전에 함수 객체가 먼저 생성된다. 그리고 자바스크립트 엔진은 함수 이름과 동일한 이름의 식별자를 암묵적으로 생성하고 생성된 함수 객체를 할당한다.

 코드가 한 줄씩 순차적으로 실행되기 시작하는 런타임에는 이미 함수 객체가 생성되어 있고 함수 이름과 동일한 식별자에 할당까지 완료된 상태이다. 따라서 함수 선언문 이전에는 함수를 참조할 수 있으며 호출할 수도 있다. 이처럼 함수 선언문이 코드의 선두로 끌어 올려진 것처럼 동작하는 자바스크립트 고유의 특징을 함수 호이스팅이라 한다.

 함수 호이스팅과 변수 호이스팅은 미묘한 차이가 있으므로 주의하기 바란다. var 키워드를 사용한 변수 선언문과 함수 선언문은 런타임 이전에 자바스크립트 엔진에 의해 먼저 실행되어 식별자를 생성한다는 점에서 동일하다. 하지만 var 키워드로 선언된 변수는 undefined 로 평가되지만 함수 선언문으로 정의한 함수를 함수 선언문 이전에 호출하면 함수 호이스팅에 의해 호출이 가능하다.

  함수 표현식은 변수에 할당되는 값이 함수 리터럴만이 문이다. 따라서 함수 표현식은 변수 선언문과 변수 할당문을 한 번에 기술한 축약 표현과 동일하게 동작한다. 변수 선언은 런타임 이전에 실행되어 undefined로 초기화되지만 변수 할당문의 값은 할당문이 실행되는 시점, 즉 런타임에 평가되므로 함수 표현식의 함수 리터럴도 실행되는 시점에 평가되어 함수 객체가 된다. 

  따라서 함수 표현식으로 함수를 정의하면 함수 호이스팅이 발생하는 것이 아니라 변수 호이스팅이 발생한다. 

함수 표현식 이전에 함수를 참조하면 undefined로 평가된다. 따라서 이때 함수를 호출하면 undefined를 호출하는 것과 마찬가지이므로 타입 에러가 발생한다. 따라서 함수 표현식으로 정의한 함수는 반드시 함수 표현식 이후에 참조 또는 호출해야 한다.

 함수 호이스팅은 함수를 호출하기 전에 반드시 함수를 선언해야한다는 당연한 규칙을 무시한다. 이 같은 문제 때문에 JSON을 창안한 더글라스 크락포드는 함수 선언문 대신 함수 표현식을 사용할 것을 권장한다.