23장 : 실행 컨텍스트(2)

5.  렉시컬 환경

1) 렉시컬 환경이란?

 

식별자와 식별자에 바인딩 된 값,

상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조

즉, 스코프와 식별자를 관리한다.

 

실행 컨텍스트의 구성요소이다.

(cf. 실행 컨텍스트의 구성요소에는 앞서 본 스택과 렉시컬 환경이 존재한다.)

 

렉시컬 환경은 스코프를 생성한다.

스코프는 키와 값을 갖는 객체 형태이며, 

전역, 함수, 블록 스코프가 존재한다.

 

이 때, 식별자를 key로 등록하고,

식별자에 바인딩된 값을 value로 등록한다.

 

 

2) 렉시컬 환경의 구성요소

i) 환경 레코드

스코프에 포함된 식별자를 등록하고,

등록된 식별자에 바인딩 된 값을 관리하는 저장소

 

소스코드 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 존재한다.

 

ii) 외부 렉시컬 환경에 대한 참조

상위스코프를 가르킨다.

상위 스코프란 외부 렉시컬 환경을 의미하며,

해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 의미한다.

 

외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

 

 

6.  실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

var x = 1;
const y = 2;

function foo (a) {
  var x = 3;
  const y = 4;

  function bar (b) {
    const z = 5;
    console.log(a + b + x + y + z);
}
  bar(10);
}

foo(20); // 42

 

1) 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다.

전역 객체는 빌트인 전역 프로퍼티, 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체,

동작 환경에 따라 클라이언트 사이드 Web API,

특정 환경을 위한 호스트 객체를 포함한다.

 

전역 객체도 Object.prototype을 상속받아, 프로토타입 체인의 일원이다.

 

2) 전역 코드 평가

i) 전역 실행 컨텍스트 생성

비어있는 전역 컨텍스트 생성

-> 스택에 푸시

 

이 때 전역 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위,

실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

 

ii) 전역 렉시컬 환경 생성

전역 렉시컬 환경 생성

-> 전역 실행 컨텍스트에 바인딩

 

렉시컬 환경은 앞서 말했듯, 

환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성된다.

 

① 전역 환경 레코드 생성

전역 환경 레코드는

전역 변수를 관리하는 전역 스코프,

전역 객체의 빌트인 전역 프로피티와 빌트인 전역 함수,

표준 빌트인 객체를 제공한다.

 

var 로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지만,

let, const로  선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고,

개념적 블록 내에 존재하게 된다.

 

따라서 var / let, const로 선언된 변수를 구분해서 관리하기 위해서

전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있다.

 

㉠ 객체 환경 레코드 

 var 키워드로 선언한 전역 변수

빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수,

표준 빌트인 객체를 관리

 

㉡ 선언적 환경 레코드

let,const로 선언한 전역 변수 관리

 

 

㉠ 객체 환경 레코드 생성

객체 환경 레코드는 BindingObject라고 불리는 객체와 연결된다.

이는 앞서 6.1)에서 설명한 전역 객체이다.

 

"var 키워드로 선언한 전역 변수"와 "함수 선언문으로 정의된 전역 함수"는 

전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 연결된

BindingObject를 통해 "전역 객체의 프로퍼티와 메서드"가 된다.

 

그리고 이 때 등록된 식별자를 전역 객체 레코드의 객체 환경 레코드에서 검색하면

전역 객체의 프로퍼티를 검색해서 반환한다.

 

이것이 window라는 전역 객체에 대한 식별자 없이

전역 객체의 프로퍼티를 참조할 수 있는 매커니즘이다.

(window.alert가 아닌 alert로 참조)

 

x는 var로 선언했기에 선언과 초기화가 동시에 발생한다.

따라서 코드 평가시,

객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해

전역 객체에 변수 식별자(변수 x)를 key로 등록하고

암묵적으로 value는 undefined로 바인딩한다.

 

따라서 코드 실행 단계에서 변수 선언문 전에도 참조가 가능하며

이를 변수 호이스팅이라고 한다.

---

함수 선언문으로 정의된 함수가 평가되면

객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해

전역 객체에 함수 이름과 동일한 이름의 식별자를 key로 등록하고,

value로는 함수 객체를 즉시 할당한다.

 

따라서 함수 선언문으로 정의한 함수는 

함수 선언문 이전에 호출 가능하다.

 

=> 이것이 변수 호이스팅과 함수 호이스팅의 차이다.

 

㉡ 선언적 환경 레코드 생성

let, const 키워드로 선언한 전역 변수는

(let,const 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표현식 포함)

선언적 환경 레코드에 등록되고 관리된다.

 

이전에 let, const 키워드로 선언된 전역 변수는 

전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고,

개념적인 블록 내에 존재한다고 했다.

이때 말한 개념적 블록이 바로 선언적 환경 레코드다.

 

그렇기에 전역 변수 y는 window.y로 참조할 수 없다.

또한 선언 단계와 초기화 단계가 분리되어 진행된다.

즉, 런타임 때 변수 선언문에 도달하기 전까진 일시적 사각지대에 빠진다.

 

 

② this 바인딩

 

전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다.

전역 코드에서의 this는 전역 객체이다.

=> 따라서 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩된다.

 

참고로 전역 환경 레코드를 구성하는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드에는 this 바인딩이 없다.

this 바인딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재한다.

 

③ 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 "상위 스코프"를 가르킨다.

이를 이용해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

 

현재 평가 중인 소스코드는 전역 코드이기에 상위 스코프가 존재하지 않으므로

외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 null이 할당된다.

 

이는 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점에 존재함을 의미한다. 

 

3) 전역 코드 실행

 

이제 전역 코드가 순차적으로 실행되고, 

변수 할당문이 실행되어 x,y 값이 할당된다.

 

변수 할당문, 함수 할당문을 실행하려면

변수나 함수 이름이 선언된 식별자인지 확인해야한다.

(선언되지 않은 식별자는 할당, 호출 등의 참조를 할 수 없으므로)

 

또한 식별자는 스코프가 다르면 같은 이름을 가질 수 있다.

따라서 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 식별자 결정을 할 필요가 있다.

 

식별자 결정은 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색해서 한다.

선언된 식별자는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 "환경 레코드"에 등록되어있다.

 

현재는 전역 실행 컨텍스트가 실행 중이므로, 

전역 렉시컬 환경에서 식별자 x, y, foo를 검색한다.

만약 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없다면,

상위 스코프로 이동하여 식별자를 검색한다.

 

이것이 바로 스코프 체인의 동작 원리이다.

하지만 전역 렉시컬 환경은 스코프 체인의 종점이므로, 

전역 렉시컬 환경에서 검색할 수 없는 식별자는 참조에러를 발생시킨다.

식별자 결정에 실패했기 때문이다.

 

 

 

4) foo 함수 코드 평가

현재 상황은 전역 코드를 실행한 후, foo 함수를 호출하기 직전이다.

var x = 1;
const y = 2;

function foo (a) {
  var x = 3;
  const y = 4;

  function bar (b) {
    const z = 5;
    console.log(a + b + x + y + z);
}
  bar(10);
}

foo(20); // ← 호출 직전

 

 

foo 함수가 호출되면, 전역 코드의 실행을 일시 중단하고

foo 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다.

그리고 함수 코드를 평가하기 시작한다.

순서는 아래와 같다.

 

아래 그림은 위 과정을 거쳐 생성된 foo 함수의 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경이다.

 

i) 함수 실행 컨텍스트 생성

foo 함수의 실행 컨텍스트 생성

->  함수 렉시컬 환경이 완성된 다음 스택에 푸시

 

이 때 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위,

실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

 

ii) 함수 렉시컬 환경 생성

foo 렉시컬 환경 생성

-> foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩

 

 

렉시컬 환경은 앞서 말했듯, 

환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성된다.

 

① 함수 환경 레코드 생성

함수 환경 레코드는

매개변수, argument 객체,

함수 내부에서 선언한 지역변수와 중첩함수를 등록하고 관리한다.

 

 

② this 바인딩

함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩 된다.

[[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩될 객체는 함수 호출 방식에 따라 결정된다.

 

foo 함수는 일반 함수로 호출되었으므로 this는 전역 객체를 가리킨다.

따라서 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 전역객체가 바인딩된다.

 

foo 함수 내부에서 this를 참조하면

함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩 되어있는 객체가 반환된다.

 

 

③ 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

 

외부 렉시컬 환경에 대한 참조(상위 스코프)에

"foo 함수 정의가 평가"된 시점에

실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

 

foo 함수는 전역 함수이다.

따라서 foo 함수의 정의는 전역 코드 평가 시점에 평가된다.

이 시점에서 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트다.

따라서 외부 환경의 렉시컬 환경에 대한 참조에는

전역 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

 

 

JS는 함수를 어디서 호출했는지가 아니라,

어디서 정의했는지에 따라 상위 스코프가 결정된다.

함수 객체는 자신이 정의된 스코프인 상위 스코프를 기억한다.

 

JS 엔진은 함수 정의를 평가하여

함수 객체를 "생성할 때" 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경,

즉, 함수의 "상위 스코프"를 함수 객체의 내부 슬롯[[Environment]]에 저장한다.

 

함수 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"에 할당되는 것은 

함수의 상위 스코프를 가르키는 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조다.

즉, 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]가 바로 렉시컬 스코프를 구현한다.

 

 

5) foo 함수 코드 실행 

 

런타임이 시작되어 foo 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다.

매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 시작되어 지역 변수 x,y에 값이 할당된다.

그리고 함수 bar가 호출된다.

 

 

식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색한다.

이때 실행 중인 실행 컨텍스트는 foo 함수 실행 컨텍스트이므로, 

foo 함수 렉시컬 환경에서 x,y를 검색한다.

만약 여기서 검색이 안된다면, 상위 스코프(외부 렉시컬 환경에 대한 참조)가

가리키는 렉시컬 환경으로 이동하여 식별자를 검색한다.

 

6) bar 함수 코드 평가

현재는 foo 함수를 실행했고, bar 함수를 호출하기 직전이다.

 

var x = 1;
const y = 2;

function foo (a) {
  var x = 3;
  const y = 4;

  function bar (b) {
    const z = 5;
    console.log(a + b + x + y + z);
  }
  bar(10); // ← 호출 직전
}

foo(20);

 

bar 함수가 호출되면,

bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다.

이후 bar 함수 코드를 평가하기 시작한다.

 

생성된 bar 함수 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경은 다음과 같다. 

 

7) bar 함수 코드 실행 

 

이제 런타임이 시작되어 bar 함수 소스코드가 순차적으로 실행된다.

매개 변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 z에 값이 할당된다.

 

그리고   console.log(a + b + x + y + z); 다음과 같은 순서로 실행된다.

 

i) console 식별자 검색 

console 식별자를 스코프 체인에서 검색

 

스코프 체인은

현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경

-> 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 

렉시컬 환경의 연속이다.

 

현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 bar 함수 실행 컨텍스트다.

따라서 bar 함수 렉시컬 환경에서 console을 검색하지만 존재하지 않기에

상위 스코프인 foo 함수 렉시컬 환경에서 검색해본다.

하지만 이곳에도 없으므로

foo 함수의 상위 스코프인 전역 렉시컬 환경으로 이동해서 검색한다.

 

렉시컬 환경은 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성된다.

console 식별자는 객체 환경 레코드의 BindingObject를 통해 전역 객체에서 찾을 수 있다.

 

ii) log 메서드 검색 

console 객체에서 log를 검색한다.

console 객체의 프로토타입 체인을 통해 메서드를 검색한다.

log 메소드는 상속된 프로퍼티가 아닌 console 객체가 직접 소유하는 프로퍼티다.

 

iii) 표현식 a + b + x + y + z의 평가

 

이를 평가하기 위해 a, b, x, y,  z 식별자를 검색한다.

식별자는 스코프 체인에서 검색한다.

 

식별자

a는 foo,

b는 bar,

x와 y는 foo,

z는 bar

함수 렉시컬 환경에서

검색된다.

 

iv)console.log 메서드 호출

표현식 a+b+x+y+z가 평가되어

생성된 값 42를

console.log 메서드에 전달하여 호출한다.

 

 

 

8) bar 함수 코드 실행 종료

 

console.log 호출 후 종료되면 

더 실행할 코드가 없으므로 bar 함수는 종료된다.

 

실행 컨텍스트 스택에서 bar 실행 컨텍스트는 pop되고,

foo 실행 컨텍스트가 실행중인 실행 컨텍스트가 된다.

 

 

실행 컨텍스트 스택에서 bar 실행 컨텍스트가 제거되었다고 해서 

bar 함수의 렉시컬 환경까지 즉시 소멸하지는 않는다.

 

렉시컬 환경은 실행 컨텍스트에 의해 참조되긴 하지만,

독립적인 객체다.

 

객체를 포함한 모든 값은 누군가에 의해 참조되지 않을 때 가비지 컬렉터에 의해 

메모리 공간 확보의 해제가 되어 소멸한다.

 

bar 함수 실행 컨텍스트가 소멸되었을지라도, 

누군가 bar 함수의 렉시컬 환경을 참조하고 있다면 

bar 함수 렉시컬 환경은 소멸하지 않는다.

 

 

 

9) foo 함수 코드 실행 종료

 

bar 함수가 종료되면 더 실행할 foo 함수의 코드가 없으므로실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

 

 

10) 전역 코드 실행 종료

 

 foo 함수가 종료되면 더 실행할 전역 코드가 없으므로

전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 제거되어

실행 컨텍스트 스택에는 아무 것도 남지 않는다.

 

 

7.  실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프 

let x = 1;

if (true) {
  let x = 10;
  console.log(x); // 10
}

console.log(x); // 1

 

if문의 코드 블록 내에 let 키워드로 변수가 선언됐다.

if문의 코드 블록이 실행되면 이를 위한 블록 스코프를 생성해야한다.

 

선언적 환경 레코드(let 키워드 변수)를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여

기존의 전역 렉시컬 환경을 교체한다.

 

이 때 새롭게 생성된 if문의 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의

외부 렉시컬 환경에 대한 참조(상위 스코프)는

if문이 생성되기 이전의 전역 렉시컬 환경을 가리킨다.

 

 

 

이는 블록 레벨 스코프를 생성하는 모든 블록문에 적용된다.

 

 

for 문의 경우 

코드 블록이 반복 실행될 때마다

코드 블록을 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성한다.

또한 반복 실행 때마다 식별자의 값을 유지해야한다.

따라서 반복 실행 때마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성하여 식별자의 값을 유지한다.