변수란 무엇인가? 왜 필요한가?

애플리케이션은 데이터를 다룬다. 아무리 복잡한 애플리케이션이라 해도 데이터를 입력받아 처리하고 그 결과를 출력하는 것이 전부

변수는 프로그래밍 언어에서 데이터를 관리하기 위한 핵심 개념

10 + 20

컴퓨터는 사람을 모델로 디자인되었기 때문에 사람과 유사하게 동작.

사람이 위 식을 계산하려면 10, 20, + 라는 기호의 의미를 알고 있어야 하며, 10 + 20이라는 식의 의미도 해석할 수 있어야 한다. 10 과 20을 두뇌에 기억하고 10 과 20을 더한 결과인 30도 두뇌에 기억한다.

컴퓨터, 좀 더 정확히 표현하면 자바스크립트를 해석하고 실행하는 자바스크립트 엔진도 사람과 유사하게 위 자바스크립트 코드를 실행한다.

자바스크립트 엔진이 위 자바스크립트 코드를 계산(평가) 하려면 먼저 10, 20, + 라는 기호 (리터럴과 연산자)의 의미를 알고 있어야 하며, 10 + 20 이라는 식(표현식)의 의미도 해석(파싱)할 수 있어야 한다.

자바스크립트 엔진이 10 + 20 이라는 식의 의미를 해석하면 + 연산을 수행하기 위해 먼저 + 연산자의 좌변과 우변의 숫자 값, 즉 피연산자(operand)를 기억한다.

사람은 계산과 기억을 모두 두뇌에서 하지만, 컴퓨터는 연산과 기억을 수행하는 부품이 나눠져 있다.

컴퓨터는 CPU를 사용해 연산하고, 메모리를 사용해 데이터를 기억한다.

메모리는 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀의 집합체다. 메모리 셀 하나의 크기는 1바이트(8비트)이며, 컴퓨터는 메모리 셀의 크기, 즉 1바이트 단위로 데이터를 저장하거나 읽어 들인다.

각 셀은 고유의 메모리 주소를 갖는다. 이 메모리 주소는 메모리 공간의 위치를 나타내며, 0부터 시작해서 메모리의 크기만큼 정수로 표현된다.

예를 들어, 4GB 메모리는 0부터 4,294,967,295(0x00000000 ~ 0xFFFFFFFF)까지의 메모리 주소를 갖는다.

컴퓨터는 모든 데이터를 2진수로 처리

메모리에 저장되는 데이터는 데이터의 종류 (숫자, 텍스트, 이미지, 동영상 등)와 상관없이 모두 2진수로 저장

위 예제의 숫자 값 10과 20은 메모리 상의 임의의 위치(메모리 주소)에 기억(저장)되고 CPU는 이 값을 읽어 들여 연산을 수행

연산 결과로 생성된 숫자 값 30도 메모리 상의 임의의 위치에 저장

다음 그림에는 메모리에 저장된 숫자 값을 편의상 10진수로 표기했지만 메모리에 저장되는 모든 값은 2진수로 저장된다는 것을 기억하자

성공적으로 연산이 끝났고 연산 결과도 메모리에 저장되었지만 문제가 있다.

CPU가 연산해서 만들어낸 숫자 30을 재사용할 수 없다는 것이다.

10 + 20 이라는 연산을 했다는 것은 그 연산 결과가 필요하고 이를 사용해 무언가를 하겠다는 의도가 있었을 것이다.

연산 결과 30을 재사용하고 싶다면 메모리 주소(위 그림에서는 0x0669F913)를 통해 연산 결과 30이 저장된 메모리 공간에 직접 접근하는 것 외에는 방법이 없다.

하지만 메모리 주소를 통해 값에 직접 접근하는 것은 치명적 오류를 발생시킬 가능성이 높은 매우 위험한 일이라서 자바스크립트는 개발자의 직접적인 메모리 제어를 허용하지 않는다.

만약 자바스크립트가 개발자의 직접적인 메모리 제어를 허용하더라도 문제가 있다. 값이 저장될 때 메모리 주소는 코드가 실행될 때 메모리의 상황에 따라 임의로 결정

따라서 동일한 컴퓨터에서 동일한 코드를 실행해도 코드가 실행될 때마다 값이 저장될 메모리 주소는 변경. 이처럼 코드가 실행되기 이전에는 값이 저장된 메모리 주소를 알 수 없으며, 알려 주지도 않는다.

따라서 메모리 주소를 통해 값에 직접 접근하려는 시도는 올바른 방법이 아니다.

프로그래밍 언어는 기억하고 싶은 값을 메모리에 저장하고, 저장된 값을 읽어 들여 재사용하기 위해 변수라는 메커니즘을 제공한다.

변수는 하나의 값을 저장하기 위해 확보한 메모리 공간 자체 또는 그 메모리 공간을 식별하기 위해 붙인 이름, 값의 위치를 가리키는 상징적인 이름

상징적 이름인 변수는 프로그래밍 언어의 컴파일러 또는 인터프리터에 의해 값이 저장된 메모리 공간의 주소로 치환되어 실행. 따라서 개발자가 직접 메모리 주소를 통해 값을 저장하고 참조할 필요가 없고 변수를 통해 안전하게 값에 접근할 수 있음

변수에 여러 개의 값을 저장하는 방법

📖 변수는 하나의 값을 저장하기 위한 메커니즘이다. 여러 개의 값을 저장하려면 여러 개의 변수를 사용해야 한다. 단, 배열이나 객체 같은 자료구조를 사용하면 관련이 있는 여러 개의 값을 그룹화해서 하나의 값처럼 사용할 수 있다.

// 변수는 하나의 값을 저장하기 위한 수단이다.  
var userId = 1;  
var userName = 'Lee';  
  
// 객체나 배열 같은 자료구조를 사용하면 여러 개의 값을 하나로 그룹화해서 하나의 값처럼 사용할 수 있다.  
var user = { id: 1, name: 'Lee' };  
  
var users = [  
  { id: 1, name: 'Lee' },  
  { id: 2, name: 'Kim' }  
];  

javascript

var result = 10 + 20;

10 + 20은 연산을 통해 새로운 값 30을 생성

10과 20을 메모리에 저장하고 CPU로 전달한다. CPU는 연산 결과를 다시 메모리에 저장하는데 이 때 변수 이름 result 도 같이 저장한다.

변수에 값을 저장하는 것을 할당(대입, 저장)이라 하고, 변수에 저장된 값을 읽어 들이는 것을 참조라 한다.

사람이 이해할 수 있는 언어로 명명한 변수 이름을 통해 변수에 저장된 값의 의미를 명확히 할 수 있다.

즉, 변수에 저장된 값의 의미를 파악할 수 있는 변수 이름은 가독성을 높이는 부수적인 효과도 있다.

식별자

변수 이름을 식별자라고도 한다. 식별자는 어떤 값을 구별해서 식별할 수 있는 고유한 이름을 말한다.

식별자 result는 값 30을 식별할 수 있었다. 이를 위해 식별자 result는 값 30이 저장되어 있는 메모리 주소 0xx0669F913을 기억해야 한다.

식별자는 값이 아니라 메모리 주소를 기억하고 있다.

식별자라는 용어는 변수 이름에만 국한해서 사용하지 않는다. 변수, 함수, 클래스 등의 이름은 모두 식별자다.

변수, 함수, 클래스 등의 이름과 같은 식별자는 네이밍 규칙을 준수해야 하며, 선언에 의해 자바스크립트 엔진에 식별자의 존재를 알린다.

변수 선언

변수를 생성하는 것을 의미

자세히 말하면 값을 저장하기 위한 메모리 공간을 확보하고 변수 이름과 확보된 메모리 공간의 주소를 연결해서 값을 저장할 수 있게 준비하는 것

변수를 사용하려면 반드시 선언이 필요하다. 변수를 선언할 때는 var, let, const 키워드를 사용

ES6에서 let, const 키워드가 도입되기 이전까지 var 키워드는 자바스크립트에서 변수를 선언할 수 있는 유일한 키워드였다.

ES5 vs. ES6

📖 var 키워드는 여러 단점이 있다. var 키워드의 여러 단점 중에서 가장 대표적인 것이 블록 레벨 스코프를 지원하지 않고 함수 레벨 스코프를 지원한다는 것이다. 이로 인해 의도치 않게 전역 변수가 선언되어 심각한 부작용이 발생하기도 한다.

ES6에서 let과 const 키워드를 도입한 이유는 var 키워드의 여러 단점을 보완하기 위해서다.

var 키워드는 뒤에 오는 변수 이름으로 새로운 변수를 선언할 것을 지시하는 키워드

var score; // 변수 선언 (변수 선언문)

키워드

📖 키워드는 자바스크립트 코드를 해석하고 실행하는 자바스크립트 엔진이 수행할 동작을 규정한 일종의 명령어다. 자바스크립트 엔진은 키워드를 만나면 자신이 수행해야 할 약속된 동작을 수행한다. 예를 들어, var 키워드를 만나면 자바스크립트 엔진은 뒤에 오는 변수 이름으로 새로운 변수를 선언한다.

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

변수를 선언한 이후, 아직 변수에 값을 할당하지 않았다. 변수 선언에 의해 확보된 메모리 공간은 비어 있을 것으로 생각할 수 있으나 확보된 메모리 공간에는 자바스크립트 엔진에 의해 undefined라는 값이 암묵적으로 할당되어 초기화된다. 이것은 자바스크립트의 독특한 특징이다.

undefined

📖 undefined는 자바스크립트에서 제공하는 원시 타입의 값

자바스크립트 엔진은 변수 선언을 다음과 같은 2단계에 거쳐 수행

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

변수 이름은 어디에 등록되는가?

📖 변수 이름을 비롯한 모든 식별자는 실행 컨텍스트에 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 키워드를 사용한 변수 선언은 선언 단계와 초기화 단계가 동시에 진행

일반적으로 초기화란 변수가 선언된 이후 최초로 값을 할당하는 것을 말한다.

var 키워드로 선언한 변수는 undefined로 암묵적인 초기화가 자동 수행된다. 따라서 var 키워드로 선언한 변수는 어떠한 값도 할당하지 않아도 undefined라는 값을 갖는다.

만약 초기화 단계를 거치지 않으면 확보된 메모리 공간에는 이전에 다른 애플리케이션이 사용했던 값이 남아 있을 수 있다. 이러한 값을 쓰레기 값 (garbage value)이라 한다. 따라서 메모리 공간을 확보한 다음, 값을 할당하지 않은 상태에서 곧바로 변수 값을 참조하면 쓰레기 값이 나올 수 있다.

자바스크립트의 var 키워드는 암묵적으로 초기화를 수행하므로 이러한 위험으로부터 안전하다.

변수를 사용하려면 반드시 선언이 필요하다. 변수뿐만 아니라 모든 식별자(함수, 클래스 등)가 그렇다.

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 에러

변수 선언의 실행 시점과 변수 호이스팅

console.log(scroe); // undefined

var score; // 변수 선언문

자바스크립트 코드는 인터프리터에 의해 한 줄씩 순차적으로 실행되므로 console.log(scroe)가 먼저 실행되고 순차적으로 다음 줄에 있는 코드를 실행한다. 따라서 console.log(scroe); 가 실행되는 시점에는 아직 score 변수의 선언이 실행되지 않았으므로 참조 에러가 발생할 것처럼 보인다. 하지만 참조 에러가 발생하지 않고 undefined가 출력된다.

그 이유는 변수 선언이 소스코드가 한 줄씩 순차적으로 실행되는 시점, 즉 런타임이 아니라 그 이전 단계에서 먼저 실행되기 때문이다.

자바스크립트 엔진은 소스코드를 한 줄씩 순차적으로 실행하기에 앞서 먼저 소스코드의 평가 과정을 거치면서 소스코드를 실행하기 위한 준비를 한다.

이때 소스코드 실행을 위한 준비 단계인 소스코드의 평가 과정에서 자바스크립트 엔진은 변수 선언을 포함한 모든 선언문(변수 선언문, 함수 선언문 등)을 소스코드에서 찾아내 먼저 실행한다.

그리고 소스코드의 평가 과정이 끝나면 비로소 변수 선언을 포함한 모든 선언문을 제외하고 소스코드를 한 줄씩 순차적으로 실행한다.

즉, 자바스크립트 엔진은 변수 선언이 소스코드의 어디에 있든 상관없이 다른 코드보다 먼저 실행한다. 따라서 변수 선언이 소스코드의 어디에 위치하는지와 상관없이 어디서든지 변수를 참조할 수 있다.

이처럼 변수 선언문이 코드의 선두로 끌어 올려진 것처럼 동작하는 자바스크립트 고유의 특징을 변수 호이스팅이라 한다.

사실 변수 선언뿐 아니라 var, let, const, function, function*, class 키워드를 사용해서 선언하는 모든 식별자(변수, 함수, 클래스 등)는 호이스팅된다. 모든 선언문은 런타임 이전 단계에서 먼저 실행되기 때문이다.

값의 할당

변수에 값을 할당(대입, 저장)할 때는 할당 연산자 =를 사용한다. 할당 연산자는 우변의 값을 좌변의 변수에 할당한다.

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

변수 선언과 값의 할당을 다음과 같이 하나의 문(statement)으로 단축 표현할 수 있다.

var score = 80; // 변수 선언과 값의 할당

이때 주의할 점은 변수 선언과 값의 할당의 실행 시점이 다르다는 것이다.

변수 선언은 소스코드가 순차적으로 실행되는 시점인 런타임 이전에 먼저 실행되지만 값의 할당은 소스코드가 순차적으로 실행되는 시점인 런타임에 실행된다.

console.log(score); // undefined 

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

console.log(score); // 80

변수에 값을 할당할 때는 이전 값 undefined가 저장되어 있던 메모리 공간을 지우고 그 메모리 공간에 할당 값 80을 새롭게 저장하는 것이 아니라 새로운 메모리 공간을 확보하고 그곳에 할당 값 80을 저장한다는 점에 주의

값의 재할당

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

재할당은 변수에 저장된 값을 다른 값으로 변경. 그래서 변수인 것

만약 값을 재할당할 수 없어서 변수에 저장된 값을 변경할 수 없다면 변수가 아니라 상수constant라 한다.

const 키워드

📖 ES6에서 도입된 const 키워드를 사용해 선언한 변수는 재할당이 금지된다. 즉, const 키워드는 단 한 번만 할당할 수 있는 변수를 선언. 따라서 const 키워드를 사용하면 상수를 표현할 수 있다.

하지만 const 키워드는 반드시 상수만을 위해 사용하지는 않는다. 이에 대해서는 뒤에 “const 키워드”에서 자세히 살펴보자

변수에 값을 재할당하면 score 변수의 값은 이전 값 80에서 재할당한 값 90으로 변경된다.

마찬가지로 80이 저장되어 있던 메모리 공간을 지우고 그 메모리 공간에 90을 새롭게 저장하는 것이 아니라 새로운 메모리 공간을 확보하고 그 메모리 공간에 숫자 값 90을 저장한다.

현재 score 변수의 값은 90이다. score 변수의 이전 값인 undefined와 80은 어떤 변수도 값으로 갖고 있지 않다. 어떤 식별자와도 연결되어 있지 않다. 이것은 undefined와 80이 더 이상 필요하지 않다는 것을 의미한다.

이러한 불필요한 값들은 가비지 콜렉터에 의해 메모리에서 자동 해제된다. 단, 메모리에서 언제 해제될지는 예측할 수 없다.

가비지 콜렉터

📖 가비지 콜렉터는 애플리케이션이 할당한 메모리 공간을 주기적으로 검사하여 더 이상 사용되지 않는 메모리를 해제하는 기능을 말한다. 더 이상 사용되지 않는 메모리란 간단히 말하자면 어떤 식별자도 참조하지 않는 메모리 공간을 의미한다. 자바스크립트는 가비지 콜렉터를 내장하고 있는 매니지드 언어로서 가비지 콜렉터를 통해 메모리 누수를 방지한다.

언매니지드 언어와 매니지드 언어

📖 프로그래밍 언어는 메모리 관리 방식에 따라 언매니지드 언어와 매니지드 언어로 분류할 수 있다.
C언어 같은 언매니지드 언어는 개발자가 명시적으로 메모리를 할당하고 해제하기 위해 malloc()과 free()같은 저수준 메모리 제어 기능을 제공한다. 언매니지드 언어는 메모리 제어를 개발자가 주도할 수 있으므로 개발자의 역량에 따라 최적의 성능을 확보할 수 있지만 그 반대의 경우 치명적 오류를 생산할 가능성도 있다.

자바스크립트 같은 매니지드 언어는 메모리의 할당 및 해제를 위한 메모리 관리 기능을 언어 차원에서 담당하고 개발자의 직접적인 메모리 제어를 허용하지 않는다. 즉, 개발자가 명시적으로 메모리를 할당하고 해제할 수 없다. 더 이상 사용하지 않는 메모리의 해제는 가비지 콜렉터가 수행하며, 이 또한 개발자가 관여할 수 없다. 매니지드 언어는 개발자의 역량에 의존하는 부분이 상대적으로 작아져 어느 정도 일정한 생산성을 확보할 수 있다는 장점이 있지만 성능 면에서 어느 정도의 손실은 감수할 수 밖에 없다.

식별자 네이밍 규칙

앞에서 언급했듯이 식별자는 어떤 값을 구별해서 식별해낼 수 있는 고유한 이름을 말한다. 식별자는 다음과 같은 네이밍 규칙을 준수해야 한다.

• 식별자는 특수문자를 제외한 문자, 숫자, 언더스코어(_), 달러 기호($)를 포함할 수 있다.
• 단, 식별자는 특수문자를 제외한 문자, 언더스코어(_), 달러 기호($)로 시작해야 한다. 숫자로 시작하는 것은 허용하지 않는다.
• 예약어는 식별자로 사용할 수 없다.

예약어

📖 예약어는 프로그래밍 언어에서 사용되고 있거나 사용될 예정인 단어를 말한다.

네이밍 컨벤션은 하나 이상의 영어 단어로 구성된 식별자를 만들 때 가독성 좋게 단어를 한누에 구분하기 위해 규정한 명명 규칙이다.

다음과 같은 4가지 유형의 네이밍 컨벤션이 자주 사용된다

// 카멜 케이스 (camelCase)
var firstName;

// 스네이크 케이스 (snake_case)
var first_name;

// 파스칼 케이스 (PascalCase)
var FirstName;

// 헝가리언 케이스 (typeHungarianCase)
var strFirstName; // type + identifier
var $elem = document.getElementById('myId); // DOM 노드
var observable$ = fromEvent(document, 'click'); // RxJS 옵저버블

자바스크립트에서는 일반적으로 변수나 함수의 이름에는 카멜 케이스를 사용하고, 생성자 함수, 클래스의 이름에는 파스칼 케이스를 사용한다.