[JS] 스코프(Scope)

스코프

스코프(Scope, 유효범위)는 자바스크립트를 포함한 모든 프로그래밍 언어의 기본적인 개념으로 확실한 이해가 필요하다. 먼저 아래 예제의 실행 결과에 대해 생각해보자.

var x = 'global';

function foo () {
  var x = 'function scope';
  console.log(x);
}

foo(); // ?
console.log(x); // ?

이름이 같은 변수 x가 중복 선언되었다. 전역에서 변수 x를 참조할 때, 그리고 함수 foo 내부에서 변수 x를 참조할 때 이름이 중복된 2개의 변수 중 어떤 변수를 참조해야 하는가? 자바스크립트는 어떻게 변수를 식별하는 것일까?

스코프는 참조 대상 식별자(identifier, 변수, 함수의 이름과 같이 어떤 대상을 다른 대상과 구분하여 식별할 수 있는 유일한 이름)를 찾아내기 위한 규칙이다. 자바스크립트는 이 규칙대로 식별자를 찾는다.

프로그래밍은 변수를 선언하고 값을 할당하며 변수를 참조하는 기본적인 기능을 제공하며 이것으로 프로그램의 상태를 관리할 수 있다. 변수는 전역 또는 코드 블록(if, for, while, try/catch 등)이나 함수 내에 선언하며 코드 블록이나 함수는 중첩될 수 있다. 식별자는 자신이 어디에서 선언됐는지에 의해 자신이 유효한(다른 코드가 자신을 참조할 수 있는) 범위를 갖는다.

위 예제에서 전역에 선언된 변수 x는 어디에든 참조할 수 있다. 하지만 함수 foo 내에서 선언된 변수 x는 함수 foo 내부에서만 참조할 수 있고 함수 외부에서는 참조할 수 없다. 이러한 규칙을 스코프라고 한다.
만약 스코프가 없다면 어떻게 될까? 스코프가 없다면 같은 식별자 이름은 충돌을 일으키므로 프로그램 전체에서 하나밖에 사용할 수 없다. 디렉터리가 없는 컴퓨터를 생각해보자. 디렉터리가 없다면 같은 이름을 갖는 파일을 하나밖에 만들 수 없다. 스코프도 이와 같이 식별자 이름의 충돌을 방지한다.

스코프의 구분

자바스크립트에서 스코프를 구분해보면 다음과 같이 2가지로 나눌 수 있다.

전역 스코프 (Global scope)
코드 어디에서든지 참조할 수 있다.

지역 스코프 (Local scope or Function-level scope)
함수 코드 블록이 만든 스코프로 함수 자신과 하위 함수에서만 참조할 수 있다. 모든 변수는 스코프를 갖는다.

변수의 관점에서 스코프를 구분하면 다음과 같이 2가지로 나눌 수 있다.

전역 변수 (Global variable)
전역에서 선언된 변수이며 어디에든 참조할 수 있다.

지역 변수 (Local variable)
지역(함수) 내에서 선언된 변수이며 그 지역과 그 지역의 하부 지역에서만 참조할 수 있다.
변수는 선언 위치(전역 또는 지역)에 의해 스코프를 가지게 된다. 즉, 전역에서 선언된 변수는 전역 스코프를 갖는 전역 변수이고, 지역(자바스크립트의 경우 함수 내부)에서 선언된 변수는 지역 스코프를 갖는 지역 변수가 된다.

전역 스코프를 갖는 전역 변수는 전역(코드 어디서든지)에서 참조할 수 있다. 지역(함수 내부)에서 선언된 지역 변수는 그 지역과 그 지역의 하부 지역에서만 참조할 수 있다.

자바스크립트 스코프의 특징

자바스크립트는 대부분 언어의 블록 레벨 스코프(block-level scope)를 따르는 대신, 함수 레벨 스코프(function-level scope)를 따른다.
함수 레벨 스코프란 함수 코드 블록 내에서 선언된 변수는 함수 코드 블록 내에서만 유효하고 함수 외부에서는 유효하지 않다(참조할 수 없다)는 것이다.

 

var x = 0;
{
  var x = 1;
  console.log(x); // 1
}
console.log(x);   // 1

let y = 0;
{
  let y = 1;
  console.log(y); // 1
}
console.log(y);   // 0

전역 스코프(Global scope)

전역에 변수를 선언하면 이 변수는 어디서든지 참조할 수 있는 전역 스코프를 갖는 전역 변수가 된다. var 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체(Global Object) window의 프로퍼티이다.

var global = 'global';

function foo() {
  var local = 'local';
  console.log(global);
  console.log(local);
}
foo();

console.log(global);
console.log(local); // Uncaught ReferenceError: local is not defined

변수 global은 함수 영역 밖의 전역에서 선언되었다. 자바스크립트는 타 언어와는 달리 특별한 시작점(Entry point)이 없어서 위 코드와 같이 전역에 변수나 함수를 선언하기 쉽다.
전역 변수의 사용은 변수 이름이 중복될 수 있고, 의도치 않은 재할당에 의한 상태 변화로 코드를 예측하기 어렵게 만드므로 사용을 억제하여야 한다.

비 블록 레벨 스코프(Non block-level scope)

if (true) {
  var x = 5;
}
console.log(x);

변수 x는 코드 블록 내에서 선언되었다. 하지만 자바스크립트는 블록 레벨 스코프를 사용하지 않으므로 함수 밖에서 선언된 변수는 코드 블록 내에서 선언되었다할지라도 모두 전역 스코프을 갖게된다. 따라서 변수 x는 전역 변수이다.

함수 레벨 스코프(Function-level scope)

var a = 10;     // 전역변수

(function () {
  var b = 20;   // 지역변수
})();

console.log(a); // 10
console.log(b); // "b" is not defined

자바스크립트는 함수 레벨 스코프를 사용한다. 즉, 함수 내에서 선언된 매개변수와 변수는 함수 외부에서는 유효하지 않다. 따라서 변수 b는 지역 변수이다.

var x = 'global';

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

foo();          // local
console.log(x); // global

전역변수 x와 지역변수 x가 중복 선언되었다. 전역 영역에서는 전역변수만이 참조 가능하고 함수 내 지역 영역에서는 전역과 지역 변수 모두 참조 가능하나 위 예제와 같이 변수명이 중복된 경우, 지역변수를 우선하여 참조한다.

다음은 함수 내에 존재하는 함수인 내부 함수의 경우를 살펴보자.

var x = 'global';

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

  function bar() {  // 내부함수
    console.log(x); // ?
  }

  bar();
}
foo();
console.log(x); // ?

내부함수는 자신을 포함하고 있는 외부함수의 변수에 접근할 수 있다. 이는 매우 유용하다. 클로저에서와 같이 내부함수가 더 오래 생존하는 경우, 타 언어와는 다른 움직임을 보인다.

함수 bar에서 참조하는 변수 x는 함수 foo에서 선언된 지역변수이다. 이는 실행 컨텍스트의 스코프 체인에 의해 참조 순위에서 전역변수 x가 뒤로 밀렸기 때문이다.

var x = 10;

function foo() {
  x = 100;
  console.log(x);
}
foo();
console.log(x); // ?

함수(지역) 영역에서 전역변수를 참조할 수 있으므로 전역변수의 값도 변경할 수 있다. 내부 함수의 경우, 전역변수는 물론 상위 함수에서 선언한 변수에 접근/변경이 가능하다.

var x = 10;

function foo(){
  var x = 100;
  console.log(x);

  function bar(){   // 내부함수
    x = 1000;
    console.log(x); // ?
  }

  bar();
}
foo();
console.log(x); // ?

중첩 스코프는 가장 인접한 지역을 우선하여 참조한다.

var foo = function ( ) {

  var a = 3, b = 5;

  var bar = function ( ) {
    var b = 7, c = 11;

// 이 시점에서 a는 3, b는 7, c는 11

    a += b + c;

// 이 시점에서 a는 21, b는 7, c는 11

  };

// 이 시점에서 a는 3, b는 5, c는 not defined

  bar( );

// 이 시점에서 a는 21, b는 5

};

렉시컬 스코프(Lexical scope)

var x = 1;

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

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

foo(); // ?
bar(); // ?

위 예제의 실행 결과는 함수 bar의 상위 스코프가 무엇인지에 따라 결정된다. 두가지 패턴을 예측할 수 있는데 첫번째는 함수를 어디서 호출하였는지에 따라 상위 스코프를 결정하는 것이고 두번째는 함수를 어디서 선언하였는지에 따라 상위 스코프를 결정하는 것이다. 첫번째 방식으로 함수의 상위 스코프를 결정한다면 함수 bar의 상위 스코프는 함수 foo와 전역일 것이고, 두번째 방식으로 함수의 스코프를 결정한다면 함수 bar의 스코프는 전역일 것이다.

프로그래밍 언어는 이 두가지 방식 중 하나의 방식으로 함수의 상위 스코프를 결정한다. 첫번째 방식을 동적 스코프(Dynamic scope)라 하고, 두번째 방식을 렉시컬 스코프(Lexical scope) 또는 정적 스코프(Static scope)라 한다. 자바스크립트를 비롯한 대부분의 프로그래밍 언어는 렉시컬 스코프를 따른다.

렉시컬 스코프는 함수를 어디서 호출하는지가 아니라 어디에 선언하였는지에 따라 결정된다. 자바스크립트는 렉시컬 스코프를 따르므로 함수를 선언한 시점에 상위 스코프가 결정된다. 함수를 어디에서 호출하였는지는 스코프 결정에 아무런 의미를 주지 않는다. 위 예제의 함수 bar는 전역에 선언되었다. 따라서 함수 bar의 상위 스코프는 전역 스코프이고 위 예제는 전역 변수 x의 값 1을 두번 출력한다.

암묵적 전역

var x = 10; // 전역 변수

function foo () {
  // 선언하지 않은 식별자
  y = 20;
  console.log(x + y);
}

foo(); // 30

위 예제의 y는 선언하지 않은 식별자이다. 따라서 y = 20이 실행되면 참조 에러가 발생할 것처럼 보인다. 하지만 선언하지 않은 식별자 y는 마치 선언된 변수처럼 동작한다. 이는 선언하지 않은 식별자에 값을 할당하면 전역 객체의 프로퍼티가 되기 때문이다.

foo 함수가 호출되면 자바스크립트 엔진은 변수 y에 값을 할당하기 위해 먼저 스코프 체인을 통해 선언된 변수인지 확인한다. 이때 foo 함수의 스코프와 전역 스코프 어디에서도 변수 y의 선언을 찾을 수 없으므로 참조 에러가 발생해야 하지만 자바스크립트 엔진은 y = 20을 window.y = 20으로 해석하여 프로퍼티를 동적 생성한다. 결국 y는 전역 객체의 프로퍼티가 되어 마치 전역 변수처럼 동작한다. 이러한 현상을 암묵적 전역(implicit global)이라 한다.

하지만 y는 변수 선언없이 단지 전역 객체의 프로퍼티로 추가되었을 뿐이다. 따라서 y는 변수가 아니다. 따라서 변수가 아닌 y는 변수 호이스팅이 발생하지 않는다.

// 전역 변수 x는 호이스팅이 발생한다.
console.log(x); // undefined
// 전역 변수가 아니라 단지 전역 프로퍼티인 y는 호이스팅이 발생하지 않는다.
console.log(y); // ReferenceError: y is not defined

var x = 10; // 전역 변수

function foo () {
  // 선언하지 않은 변수
  y = 20;
  console.log(x + y);
}

foo(); // 30

또한 변수가 아니라 단지 프로퍼티인 y는 delete 연산자로 삭제할 수 있다. 전역 변수는 프로퍼티이지만 delete 연산자로 삭제할 수 없다.\

var x = 10; // 전역 변수

function foo () {
  // 선언하지 않은 변수
  y = 20;
  console.log(x + y);
}

foo(); // 30

console.log(window.x); // 10
console.log(window.y); // 20

delete x; // 전역 변수는 삭제되지 않는다.
delete y; // 프로퍼티는 삭제된다.

console.log(window.x); // 10
console.log(window.y); // undefined

스코프 체인

scope는 식별자에 대한 유효 범위를 나타낸다. 어떤 경계 A의 외부에서 선언한 변수는 A의 외부뿐 아니라 A의 내부에서도 접근이 가능하지만, A의 내부에서 선언한 변수는 오직 A의 내부에서만 접근할 수 있다. 이러한 식별자의 유효범의를 안에서부터 바깥으로 차례로 검색해나가는 것을 스코프 체인이라고 부른다. 이때 outerEnvironmentReference는 현재 호출된 함수가 선언될 당시의 L.E를 참조하게되는데, 중요한 점은 과거 당시 선언된 시점이다.

var x = 1;

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

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

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

다음 코드의 foo()와 bar()의 출력값은 1로 동일한데, 그 이유는 function bar가 선언된 시점의 x는 전역 변수인 x를 바라보게 된다. 즉, this처럼 함수를 어디서 호출했는지 영향을 받는 것이 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 스코프다. 함수 선언문으로 정의된 bar 함수는 전역에서 정의된 함수다. 그러므로 전역 코드가 실행되기 전에 먼저 평가되어 함수 객체를 생성한다. 이때 생성된 bar 함수 객체는 전역 스코프를 기억한다. 그리고 bar 함수가 호출되면 호출된 곳이 어디인지 관계없이 언제나 자신이 기억하고 있는 전역 스코프를 상위 스코프로 사용한다.

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Reference

Scope | PoiemaWeb