[모던 자바스크립트 Deep Dive] 4장 변수

변수란 무엇인가? 왜 필요한가?

변수는 프로그래밍에서 데이터를 저장하고 참조하는 기본적이고 핵심적인 개념이다. 변수를 사용하면 값을 메모리에 저장하고, 필요할 때 해당 값을 참조할 수 있다.

변수의 중요 개념

• 변수 선언: 변수를 사용하기 위해 컴파일러에게 변수의 존재를 알리는 작업. 변수의 이름과 데이터 타입을 명시한다.
• 변수명: 메모리에 저장된 값을 참조하기 위해 개발자가 붙인 이름. 의미 있고 명확한 변수명은 코드의 가독성을 높인다.
• 값 할당: 변수에 특정 값을 저장하는 작업. 할당 연산자(=)를 사용한다.
• 값 참조: 변수에 저장된 값을 읽어오는 작업. 변수명을 통해 값에 접근한다.

컴퓨터는 CPU를 통해 연산을 수행하고, 메모리를 통해 데이터를 저장하고 읽어온다. 예를 들어 '10 + 20'이라는 연산을 수행할 때, 숫자 10과 20은 메모리의 특정 주소에 저장되고, CPU는 그 주소에서 값을 읽어와 덧셈을 수행한 뒤 결과인 30을 다시 메모리에 저장한다. 이때 변수를 사용하면 값이 저장된 메모리 주소를 쉽게 참조할 수 있다.

 

 

메모리와 데이터 저장

• 데이터는 모두 메모리에 저장된다.
• 메모리는 데이터를 실제로 저장하는 메모리 셀(Memory Cell)과 각 셀을 식별하는 메모리 주소(Memory Address)로 구성된다.
• 메모리 셀은 1바이트(8비트) 크기의 저장 공간이다.
• 각 셀은 고유한 메모리 주소를 가지며, 이 주소는 메모리 내에서 해당 셀의 위치를 나타낸다.
• 64비트 컴퓨터에서는 메모리 주소가 64비트 길이를 가진다. 이론적으로 2^64 (약 18.4 엑사바이트)의 메모리 공간을 표현할 수 있지만, 실제 컴퓨터에 장착된 물리 메모리의 크기는 이보다 작다.

 

변수와 메모리 주소의 관계

• 프로그램에서 변수를 선언하고 값을 할당하면, 해당 값은 메모리 어딘가에 저장된다.
• 변수명은 값이 저장된 메모리 주소를 상징적으로 가리키는 역할을 한다.
• 예: 'let a = 10;' 코드가 실행되면, 정수값 10을 저장할 수 있는 4바이트 크기의 메모리 공간이 할당되고, 그 공간의 주소가 변수 'a'에 연결된다.
• 이후 프로그램에서 변수 'a'를 사용하면, 컴파일러 또는 인터프리터가 'a'를 해당 메모리 주소로 치환하여 값에 접근한다.

변수와 메모리 주소의 관계를 표로 나타내면 다음과 같다.

변수	메모리 주소	값
a	0x1000	10

여기서 '0x1000'은 16진수로 표현된 메모리 주소이다.

 

고수준 언어에서의 메모리 관리

• 대부분의 고수준 프로그래밍 언어에서는 메모리 관리를 추상화하여 개발자로부터 숨긴다.
• 개발자는 변수를 선언하고 사용하는 것만으로도 메모리를 자유롭게 다룰 수 있다.
• 컴파일러와 인터프리터가 변수가 가리키는 메모리를 할당하고 해제하는 과정을 대신 처리해준다.
• 개발자는 좀 더 추상화된 수준에서 프로그래밍에 집중할 수 있다.

 

저수준 프로그래밍에서의 주의사항

• 메모리 주소를 직접 다루어야 하는 저수준(low-level) 프로그래밍을 할 때는 주의가 필요하다.
• 잘못된 메모리 주소에 접근하거나 할당된 메모리 범위를 벗어나는 연산을 수행하면 예기치 못한 오류가 발생할 수 있다.
• C언어의 포인터나 어셈블리어 프로그래밍이 여기에 해당된다.

 

변수를 사용하지 않고 메모리 주소를 직접 다루면 발생할 수 있는 문제

• 코드의 가독성과 유지보수성이 크게 떨어진다. 메모리 주소를 직접 다루는 코드는 이해하기 어렵고, 작은 실수로도 큰 오류를 일으킬 수 있다.
• 프로그램이 실행될 때마다 데이터가 저장되는 메모리 주소가 달라질 수 있다. 특정 주소를 가정하고 작성한 코드는 잘못된 결과를 내거나 오류를 발생시킬 수 있다.

 

변수 사용의 장점

• 메모리 주소 대신 개발자가 이해하기 쉬운 변수명을 통해 값에 접근할 수 있다.
• 값을 재사용할 수 있고, 코드의 가독성을 높일 수 있다.
• 데이터에 의미 있는 이름을 부여함으로써 무엇을 표현하려 하는지 명확히 할 수 있다.

 

메모리 주소에 대한 이해는 변수의 동작 원리를 파악하고, 메모리 관련 문제를 해결하는 데 도움이 된다. 또한 포인터, 참조타입, 메모리 할당과 해제 등 저수준 개념을 다룰 때 필요한 기본 지식이 된다. 비록 고수준 언어를 사용한다 해도, 메모리 사용을 최적화하려면 내부 동작에 대해 어느 정도 이해하고 있어야 한다.

 

식별자

식별자(identifier)란 메모리 상에 존재하는 어떤 값을 식별할 수 있는 고유한 이름을 말한다. 식별자의 예로는 변수 이름, 함수 이름, 클래스 이름 등이 있다. 

식별자는 값 자체가 아니라 값이 저장되어 있는 메모리 주소를 기억하고 있다. 즉, 식별자는 메모리 주소에 붙인 이름이라고 할 수 있다. 식별자와 값이 저장된 메모리 주소는 서로 매핑 관계를 맺고 있으며, 이 매핑 정보 또한 메모리에 저장되어야 한다.

식별자를 통해 우리는 메모리 공간에 저장되어 있는 값을 구별해서 식별할 수 있다. 예를 들어 변수 이름이라는 식별자를 통해 메모리 상에 존재하는 변수 값을 식별할 수 있고, 함수 이름이라는 식별자를 통해 메모리 상에 존재하는 함수를 식별할 수 있다. 

변수, 함수, 클래스 등의 이름과 같은 식별자는 자바스크립트 네이밍 규칙을 준수해서 지어야 한다. 그리고 선언(declaration)을 통해 자바스크립트 엔진에 식별자의 존재를 알려야 한다. 

요약하자면 식별자란?

• 메모리 상의 값을 식별하기 위한 고유한 이름
• 값 자체가 아니라 값이 저장된 메모리 주소를 기억함
• 변수명, 함수명, 클래스명 등이 모두 식별자에 해당됨
• 식별자를 통해 메모리에 저장된 값에 접근할 수 있음
• 네이밍 규칙을 준수해야 하며 선언을 통해 식별자의 존재를 자바스크립트 엔진에 알림

대략적으로 다음과 같다고 할 수 있다.

 

변수 선언

변수 선언의 의미

변수 선언(variable declaration)이란 변수를 생성하는 것을 말한다. 좀 더 자세히는 다음과 같은 절차를 거친다.

1. 값을 저장하기 위한 메모리 공간을 확보(allocate)한다.
2. 변수 이름과 확보된 메모리 공간의 주소를 연결(name binding)한다.
3. 이를 통해 값을 저장할 수 있게 준비한다.

변수 선언을 통해 확보된 메모리 공간은 더는 변수가 참조하지 않게 되면 가비지 컬렉터에 의해 자동으로 해제될 수 있는 대상이 된다.

 

변수 선언 시 사용하는 키워드

변수를 사용하기 위해서는 반드시 선언이 필요하다. 변수를 선언할 때는 var, let, const 키워드를 사용한다.

• ES5까지는 var 키워드로만 변수를 선언할 수 있었다.
• ES6에서 let과 const 키워드가 추가되었다.

여기서 키워드(keyword)란 자바스크립트 코드를 해석하고 실행하는 자바스크립트 엔진이 수행할 동작을 규정한 일종의

명령어이다. 자바스크립트 엔진은 키워드를 만나면 자신이 수행해야 할 약속된 동작을 수행한다.

 

var 키워드를 통한 변수 선언

아래와 같이 var 키워드를 사용하여 변수를 선언할 수 있다.

var score; // 변수 선언(변수 선언문)

 

위 변수 선언문은 변수 이름을 등록하고 값을 저장할 메모리 공간을 확보한다.

 

변수를 선언한 이후, 아직 변수에 값을 할당하지는 않았다. 따라서 변수 선언에 의해 확보된 메모리 공간은 비어 있을 것으로 생각할 수 있다. 그러나 자바스크립트에서는 확보된 메모리 공간에 자바스크립트 엔진에 의해 undefined라는 값이 암묵적으로 할당되어 초기화된다. undefined는 자바스크립트에서 제공하는 원시 타입의 값이다.

 

자바스크립트 엔진은 변수 선언을 다음과 같은 2단계에 걸쳐서 수행한다.

1. 선언 단계: 변수 이름을 등록해서 자바스크립트 엔진에 변수의 존재를 알린다.
2. 초기화 단계: 값을 저장하기 위한 메모리 공간을 확보하고 암묵적으로 undefined를 할당해 초기화한다.

var 키워드를 사용한 변수 선언은 선언 단계와 초기화 단계가 동시에 진행된다.

 

변수 이름은 어디에 등록될까?

변수 이름을 비롯한 모든 식별자는 실행 컨텍스트(execution context)에 등록된다.

 

실행 컨텍스트는 자바스크립트 엔진이 소스코드를 평가하고 실행하기 위해 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다. 자바스크립트 엔진은 실행 컨텍스트를 통해 식별자와 스코프를 관리한다.

 

var 키워드 사용의 문제점

var 키워드에는 여러 단점이 있는데, 가장 대표적인 것은 블록 레벨 스코프(block-level scope)를 지원하지 않고 함수 레벨 스코프(function-level scope)를 지원한다는 것이다. 이로 인해 의도치 않게 전역 변수가 선언되어 심각한 부작용이 발생할 수 있다.

 

ES6 이전의 사양으로 구현된 코드는 ES6 기반의 자바스크립트 엔진에서 모두 정상적으로 동작한다. ES6는 하위 호환성을 유지하면서 ES5의 기반 위에 새로운 기능을 추가한 것이기 때문이다.

 

변수를 선언하지 않고 사용하면?

변수를 사용하기 위해서는 반드시 선언이 필요하다. 만약 선언하지 않은 식별자에 접근하면 ReferenceError(참조 에러)가 발생한다.

 

ReferenceError는 식별자를 통해 값을 참조하려 했지만 자바스크립트 엔진이 등록된 식별자를 찾을 수 없을 때 발생하는 에러이다.

 

초기화를 하는 이유

일반적으로 초기화(initialization)란 변수가 선언된 이후 최초로 값을 할당하는 것을 말한다.

 

만약 초기화 단계를 거치지 않으면 확보된 메모리 공간에는 이전에 다른 애플리케이션이 사용했던 값인 쓰레기(garbage value)이 남아있을 수 있다. 자바스크립트의 var 키워드는 암묵적으로 undefined를 할당하여 초기화를 수행하므로 이러한 위험으로부터 안전하다.

 

변수 선언의 실행 시점과 변수 호이스팅

자바스크립트에서는 변수 선언이 소스코드가 한 줄씩 순차적으로 실행되는 시점인 런타임 이전 단계에서 먼저 실행된다.  이를 통해 변수 선언문의 위치와 상관없이 변수를 참조할 수 있는데, 이러한 자바스크립트의 고유한 특징을 변수 호이스팅(Variable Hoisting)이라고 한다.

 

자바스크립트 엔진은 소스코드 실행에 앞서 소스코드의 평가 과정을 거치는데, 이 과정에서 변수 선언을 포함한 모든 선언문(변수 선언문, 함수 선언문 등)을 찾아내어 먼저 실행한다. 소스코드 평가 과정이 끝나면 변수 선언을 제외한 나머지 코드를 한 줄씩 순차적으로 실행하게 된다.

 

아래 코드의 예시를 살펴보자.

console.log(score); // undefined
var score; // 변수 선언문

위 코드에서는 변수를 선언하기 이전에 참조하고 있다. 코드가 순차적으로 실행된다면 참조 에러(ReferenceError)가 발생할 것처럼 보이지만, 실제로는 undefined가 출력된다. 그 이유는 변수 선언이 런타임이 아닌 그 이전 단계에서 먼저 실행되기 때문이다.

자바스크립트 엔진은 위의 코드를 실행할 때 다음과 같은 과정을 거친다.

1. 소스코드 평가 과정
   1. 모든 선언문(『var score;』)을 찾아내어 먼저 실행
   2. 변수 선언과 함께 undefined로 초기화
2. 소스코드 실행 과정
   1. 선언문을 제외한 나머지 코드를 한 줄씩 순차적으로 실행
   2. 『 console.log(score); 』 실행 시 score 변수에는 undefined가 할당되어 있음

이처럼 변수 선언이 마치 코드의 선두로 끌어올려진 것처럼 동작하는 특징을 변수 호이스팅이라고 한다. 변수뿐만 아니라 var, let, const, function, function*, class 키워드를 사용해서 선언하는 모든 식별자(변수, 함수, 클래스 등)는 호이스팅된다. 즉, 모든 선언문은 런타임 이전 단계에서 먼저 실행되는 것이다.

 

다만 var, let, const로 선언한 변수는 호이스팅되는 양상에 차이가 있다.

• var로 선언한 변수: 선언 단계와 초기화 단계가 동시에 진행됨. 따라서 변수 선언문 이전에 변수에 접근하여도 언제나 undefined를 반환함.
• let, const로 선언한 변수: 선언 단계와 초기화 단계가 분리되어 진행됨. 따라서 변수 선언문 이전에 변수에 접근하려고 하면 참조 에러(ReferenceError)가 발생함.

자세한 내용은 아래와 같다.

키워드 별 호이스팅 차이

var의 호이스팅

//var의 호이스팅

console.log(score); // undefined
score = 80; // 값의 할당
var score; // 변수 선언
console.log(score); // 80

• var 키워드로 선언한 변수는 선언과 동시에 undefined로 초기화된다.
• 변수 선언문 이전에 변수를 참조하면 undefined가 반환된다.

let의 호이스팅

// let의 호이스팅

console.log(score); // ReferenceError: Cannot access 'score' before initialization
let score = 80;
console.log(score); // 80

• let 키워드로 선언한 변수는 선언 단계와 초기화 단계가 분리되어 진행된다.
• 변수 선언문 이전에 변수에 접근하려고 하면 참조 에러(ReferenceError)가 발생한다.
• 이는 변수가 초기화되기 전에는 변수에 접근할 수 없는 일시적 사각지대(Temporal Dead Zone, TDZ)에 존재하기 때문이다.

const의 호이스팅

// const의 호이스팅

console.log(score); // ReferenceError: Cannot access 'score' before initialization
const score = 80;
console.log(score); // 80

• const 키워드로 선언한 변수도 let과 마찬가지로 선언 단계와 초기화 단계가 분리되어 진행된다.
• 변수 선언문 이전에 변수에 접근하려고 하면 참조 에러(ReferenceError)가 발생한다.
• const는 선언과 동시에 값을 할당해야 하며, 이후에는 재할당이 불가능하다.

호이스팅 주의사항

• 변수 호이스팅은 코드의 가독성과 유지보수를 해칠 수 있다.
• 변수 선언문은 코드 상단에 몰아서 작성하는 것이 좋다.
• let과 const를 사용할 때는 변수 선언문 이전에 변수를 참조하지 않도록 주의해야 한다.

요약

핵심 내용을 요약하면 다음과 같다.

1. 변수 선언은 소스코드가 순차적으로 실행되는 시점(런타임) 이전에 먼저 실행된다.
2. 변수 선언문이 코드의 선두로 끌어올려진 것처럼 동작하는 자바스크립트의 고유한 특징을 변수 호이스팅이라 한다.
3. var, let, const, function, function*, class 키워드로 선언한 모든 식별자는 호이스팅된다.
4. var로 선언한 변수는 선언과 동시에 undefined로 초기화되지만, let과 const로 선언한 변수는 선언과 초기화가 분리되어 호이스팅된다.

 

값의 할당

변수에 값을 할당할 때는 할당(assignment, 대입) 연산자 '='를 사용한다.

 

할당 연산자는 우변에 값을, 좌변에는 변수명을 할당한다.

var score; // 변수 선언
score = 80; // 값의 할당

위와 같은 코드는 아래와 같이 변수 선언과 할당을 하나의 문으로 단축 표현할 수 있다.

var score = 80; // 변수 선언과 값의 할당

그러나 자바스크립트 엔진은 변수 선언과 값의 할당을 하나의 문으로 단축 표현해도 변수 선언과 값의 할당을 2개의 문으로 나누어 각각 실행한다.

 

변수 선언은 소스코드가 순차적으로 실행되는 시점인 런타임(Runtime) 이전에 먼저 실행되지만, 값의 할당은 소스코드가 순차적으로 실행되는 시점인 런타임에 실행된다.

console.log(score); // undefined
var score; // 1. 변수 선언
score = 80; // 2. 값의 할당
console.log(score); // 80

위의 예제와 같이 변수 선언 이전에 변수를 참조하면 undefined가 출력된다. 그 이유는 변수 선언이 런타임 이전에 먼저 실행되어 변수는 undefined로 초기화되기 때문이다.

 

이후 변수에 값이 할당되면 80이 출력된다. 주의할 점은 변수에 값을 할당할 때 이전 값 undefined가 저장되어 있던 메모리 공간을 지우고 그 메모리 공간에 할당 값 80을 새롭게 저장하는 것이 아니라는 것이다. 새로운 메모리 공간을 확보하고 그곳에 할당 값 80을 저장한다.

console.log(score); // undefined
score = 80;
var score; // 변수 선언의 호이스팅
console.log(score); // 80

위의 예제 역시 변수 선언의 호이스팅으로 인해 코드의 순서와 상관없이 변수 선언은 런타임 이전에 먼저 실행되고, 값의 할당은 런타임에 실행된다.

 

값의 재할당

변수의 재할당이란 이미 값이 할당되어 있는 변수에 새로운 값을 다시 할당하는 것을 의미한다. var 키워드로 선언한 변수는 값을 재할당할 수 있다. 재할당은 기존의 값을 버리고 새로운 값을 할당하는 것이다.

var score = 80; // 변수 선언과 값의 할당
score = 90; // 값의 재할당

var 키워드로 선언한 변수는 선언과 동시에 undefined로 초기화되므로 엄밀히 말하자면 변수에 처음 값을 할당하는 것도 사실은 재할당이라 볼 수 있다. 재할당 시에는 이전 값이 저장된 메모리 공간을 지우고 그 공간에 새로운 값을 저장하는 것이 아니라, 새로운 메모리 공간을 확보하고 그곳에 재할당 값을 저장한다.

 

만약 값을 재할당할 수 없어서 변수에 저장된 값을 변경할 수 없다면 변수가 아니라 상수(constant)라 한다. 상수는 단 한 번만 할당할 수 있는 변수를 말한다. ES6에서는 상수를 표현하기 위해 const 키워드가 추가되었다.

 

결과적으로 값의 재할당이 일어나면 score 변수의 이전 값인 undefined나 80은 어떤 변수도 값으로 갖고 있지 않게 된다. 즉, 이 값들은 어떤 식별자와도 연결되어 있지 않다는 것을 의미하며, 메모리에서 불필요하게 공간을 차지하고 있는 것이다.

 

이러한 불필요한 값들은 가비지 콜렉터(Garbage Collector)에 의해 메모리에서 자동으로 해제된다. 가비지 콜렉터는 애플리케이션이 할당한 메모리 공간을 주기적으로 검사하여 더 이상 사용되지 않는 메모리를 해제하는 기능을 말한다. 여기서 더 이상 사용되지 않는 메모리란 어떤 식별자도 참조하지 않는 메모리 공간을 의미한다.

 

자바스크립트는 가비지 콜렉터를 내장하고 있는 관리형 언어(managed language)로서 가비지 콜렉터를 통해 메모리 누수(memory leak)를 방지한다. 그러나 가비지 콜렉터가 언제 해당 메모리를 해제할 지는 예측할 수 없다.

 

식별자 네이밍 규칙

식별자는 어떤 값을 구별해서 식별해낼 수 있는 고유한 이름이다. 식별자는 다음과 같은 네이밍 규칙을 준수해야 한다.

1. 식별자는 특수문자를 제외한 문자, 숫자, 언더스코어(_), 달러 기호($)를 포함할 수 있다. 단, 식별자는 특수문자를 제외한 문자, 언더스코어(_), 달러 기호($)로 시작해야 하며, 숫자로 시작하는 것은 허용되지 않는다.
2. 예약어는 식별자로 사용할 수 없다.
   • 예약어란 프로그래밍 언어에서 사용되고 있거나 사용될 예정인 단어를 말한다.
   • 자바스크립트의 예약어 : await, break, case, catch, class, const, continue, debugger, default, delete, do, else, export, extends, false, finally, for, function, if, import, in, instanceof, let, new, null, return, super, static, switch, this, throw, true, try, typeof, var, void, while, with, yield
3. 변수는 쉼표로 구분해 하나의 문에서 여러 개를 한 번에 선언할 수 있다. 하지만 가독성이 나빠지므로 권장하지 않는다.
4. ES5부터 식별자를 만들 때 유니코드 문자를 허용하므로 알파벳 외의 한글이나 일본어 식별자도 사용할 수 있다. 하지만 알파벳 외의 유니코드 문자로 명명된 식별자를 사용하는 것은 바람직하지 않으므로 권장하지 않는다.
5. 변수 이름은 변수의 존재 목적을 쉽게 이해할 수 있도록 의미를 명확히 표현해야 한다. 좋은 변수 이름은 코드의 가독성을 높인다. 만약 변수 선언에 별도의 주석이 필요하다면 변수의 존재 목적을 명확히 드러내지 못한 것이다.
6. 자바스크립트는 대소문자를 구별한다. 따라서 다음 변수는 각각 별개의 변수이다. (아래 코드 참고)

var firstname;
var firstName;
var FIRSTNAME;

 

네이밍 컨벤션

네이밍 컨벤션(naming convention)은 하나 이상의 영어 단어로 구성된 식별자를 만들 때 가독성 좋게 단어를 한눈에 구분하기 위해 규정한 명명 규칙이다.

 

자주 사용되는 네이밍 컨벤션은 다음과 같다.

1. 카멜 케이스(camelCase)

let firstName;

첫 번째 단어는 소문자로 시작하고, 두 번째 이후의 단어는 대문자로 시작한다. 

 

2. 스네이크 케이스(snake_case)

let first_name;

단어 사이에 언더스코어(_)를 사용한다.

 

3. 파스칼 케이스(PascalCase)

let FirstName;
function User() {} 
class Employee {}

모든 단어의 첫 글자를 대문자로 시작한다. 주로 생성자 함수, 클래스의 이름에 사용된다.

 

4. 헝가리안 케이스(typeHungarianCase)

let numCount = 123; // 숫자 변수
let strName = 'John Doe'; // 문자열 변수
let strFirstName; // type + identifier
let $elem = document.getElementById('myId'); // DOM 노드
let observable$ = fromEvent(document, 'click'); // RxJS 옵저버블

식별자 앞에 데이터 타입을 접두어로 붙인다.

 

일관성을 유지한다면 어떤 네이밍 컨벤션을 사용해도 좋지만, 일반적으로 자바스크립트에서는 변수나 함수의 이름에는 카멜 케이스를 사용하고, 생성자 함수, 클래스의 이름에는 파스칼 케이스를 사용한다.

 

ECMAScript 사양에 정의되어 있는 객체와 함수들도 카멜 케이스와 파스칼 케이스를 사용하고 있기 때문에 코드 전체의 가독성을 높이려면 이를 따르는 것이 유리하다.