JS 프로토타입

자바스크립트 는 명령형(Imperative), 함수형(Functional), 프로토타입 기반(Prototype-based) 객체지향 프로그래밍(OOP, Object Oriented Programming)을 지원하는 프로그래밍 언어다.

객체지향 프로그래밍

  • 객체지향 프로그래밍은 객체의 상태(state)를 나타내는 데이터와 상태 데이터를 조작할 수 있는 동작(behavior)을 하나의 논리적인 단위로 묶어 생각한다.
  • 객체: 상태 데이터와 동작을 하나의 논리적인 단위로 묶은 복합적인 자료 구조. 각각의 객체는 고유의 기능을 갖는 독립적인 부품이라고 볼 수 있지만, 다르 객체와도 관계성을 가질 수 있다.
  • 속성(attribute, property): 속성을 통해 어떠한 사물이나 개념을 구체화
  • 추상화(abstraction): 다양한 속성 중에서 프로그램에 필요한 속성만을 간추려 내어 표현하는 것

상속과 프로토타입

  • 상속(Inheritance): 어떤 객체의 프로퍼티 또는 메소드를 다른 객체가 상속받아 그대로 사용할 수 있는 것
  • 자바스크립트는 프로토타입(prototype)을 기반으로 상속을 구현 한다.
  • 생성자 함수가 생성할 모든 인스턴스가 공통적으로 사용할 프로퍼티나 메소드를 프로토타입에 미리 구현해두면 생성자 함수가 생성할 모든 인스턴스는 별도의 구현없이 상위(부모) 객체인 프로토타입의 자산을 공유하여 사용할 수 있다.

프로토타입 객체

  • 모든 객체는[[Prototype]]이라는 내부 슬롯을 갖는다.
  • 모든 객체는 하나의 프로토타입을 갖는다. 프로토타입은 null이거나 객체이다. 그리고 모든 프로토타입은 생성자 함수와 연결되어 있다. 즉, 객체와 프로토타입과 생성자 함수는 서로 연결되어 있다.

__proto__ 접근자 프로퍼티

모든 객체는 __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 자신의 프로토타입, 즉 [[Prototype]] 내부 슬롯에 접근할 수 있다.

1. __proto__는 접근자 프로퍼티이다.

  • [[Prototype]] 내부 슬롯에 직접 접근할 수 없기 때문에 __prototype 접근자 프로퍼티를 통해 간접적으로 접근한다.
  • Object.prototype의 프로퍼티인 __proto__ 접근자 프로퍼티는 getter/setter 함수라고 부르는 접근자 함수를 통해 [[Prototype]] 내부 슬롯의 값, 즉 프로토타입을 취득하거나 할당한다.
  • __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 프로토타입에 접근 하면 내부적으로 __proto__ 접근자 프로퍼티의 getter 함수인 get __proto__가 호출
  • __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 새로운 프로토타입을 할당 하면 __proto__ 접근자 프로퍼티의 setter 함수인 set __proto__가 호출

2. __proto__ 접근자 프로퍼티는 상속을 통해 사용된다.

  • __proto__ 접근자 프로퍼티는 객체가 직접 소유하는 프로퍼티가 아니라 Object.prototype의 프로퍼티이다.
  • 모든 객체는 상속을 통해 Object.prototype.__proto__ 접근자 프로퍼티를 사용할 수 있다.

3. __proto__ 접근자를 통해 프로토타입에 접근하는 이유

  • 상호 참조에 의해 프로토타입 체인이 생성되는 것을 방지하기 위함이다.
  • 프로토타입 체인은 단방향 링크드 리스트로 구현되어야 한다. (프로퍼티 검색 방향이 한쪽 방향으로만 흘러가야 한다.)
  • 순환 참조(circular reference)적인 프로토타입 체인이 만들어지면 프로토타입 체인 종점이 존재하지 않기 때문에 프로토타입 체인에서 프로퍼티를 검색할 때 무한 루프에 빠진다.

4. __proto__ 접근자 프로퍼티를 코드내에서 직접 사용하는 것은 추천하지 않는다.

  • Object.prototype을 상속받지 않는 객체를 생성할 수도 있어서 모든 객체가 __proto__ 접근자 프로퍼티를 사용할 수 있는 것은 아니기 때문이다.
  • __proto__ 접근자 프로퍼티 대신 프로토타입의 참조를 취득할 경우는 Object.getPrototypeOf 메소드를, 프로토타입을 교체하는 경우는 Object.setPrototypeOf 메소드를 사용하는 것을 권장한다.

함수 객체의 prototype 프로퍼티

  • 함수 객체는 __proto__ 접근자 프로퍼티 이외에 prototype 프로퍼티도 소유한다. 함수 객체의 prototype 프로퍼티는 생성자 함수가 생성할 인스턴스의 프로토타입을 가리킨다.
  • prototype 프로퍼티는 함수 객체만이 소유하는 프로퍼티 이다. 일반 객체에는 prototype 프로퍼티가 없다.
  • 생성자 함수가 아닌 일반 함수도 prototype 프로퍼티를 소유하지만 객체를 생성하지 않는 일반 함수의 prototype 프로퍼티는 아무런 의미가 없다.
  • 모든 객체가 가지고 있는(Object.prototype로부터 상속받은) __proto__ 접근자 프로퍼티와 함수 객체만이 가지고 있는 prototype 프로퍼티는 동일한 프로토타입을 가리키지만 이들 프로퍼티를 사용하는 주체가 다르다.
    구분 소유 사용 주체 사용 목적
    __proto__ 접근자 프로퍼티 모든 객체 프로토타입의 참조 모든 객체 모든 객체가 상속을 위해 자신의 프로토타입에 접근
    prototype 프로퍼티 함수 객체 프로토타입의 참조 생성자 함수 생성자 함수가 자신이 생성할 객체(인스턴스)의 프로토타입을 할당

프로토타입의 constructor 프로퍼티와 생성자 함수

  • 모든 프로토타입은 constructor 프로퍼티를 갖는다.
  • constructor 프로퍼티는 prototype 프로퍼티로 자신을 참조하고 있는 생성자 함수를 가리킨다. 이 연결은 생성자 함수가 생성될 때, 즉 함수 객체가 생성될 때 이루어진다.

리터럴 표기법에 의해 생성된 객체의 생성자 함수와 프로토타입

  • 프로토타입과 생성자 함수는 단독으로 존재할 수 없고 언제나 쌍(pair)으로 존재한다.
  • 명시적으로 new 연산자와 함께 생성자 함수를 호출하여 인스턴스를 생성하지 않는 객체 생성 방식도 존재한다.
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// 객체 리터럴
const obj = {};

// 함수 리터럴
const add = function (a, b) { return a + b; };

// 배열 리터럴
const arr = [1, 2, 3];

// 정규표현식 리터럴
const regexr = /is/ig;
리터럴 표기법 생성자 함수 프로토 타입
객체 리터럴 Object Object.protptype
함수 리터럴 Function Function.prototype
배열 리터럴 Array Array.prototype
정규 표현식 리터럴 RegExp RegExp.protptype

프로토타입의 생성 시점

객체는 리터럴 표기법 또는 생성자 함수에 의해 생성되므로 결국 모든 객체는 생성자 함수와 연결되어 있다.

생성자 함수
사용자가 직접 정의한 사용자 정의 생성자 함수 와 자바스크립트가 기본 제공하는 빌트인 생성자 함수 로 구분

사용자 정의 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

빌트인 생성자 함수가 아닌 사용자 정의 생성자 함수 는 자신이 평가되어 함수 객체로 생성되는 시점에 프로토타입도 더불어 생성되며 생성된 프로토타입의 프로토타입은 언제나 Object.prototype 이다.

빌트인 생성자 함수와 프로토타입 생성 시점

빌트인 생성자 함수가 생성되는 시점에 프로토타입이 생성된다. 모든 빌트인 생성자 함수는 전역 객체가 생성되는 시점에 생성 된다. 전역 객체는 누구보다도 먼저 생성된다. 이때 빌트인 생성자 함수와 더불어 프로토타입이 생성된다. 생성된 프로토타입은 빌트인 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩된다.

전역 객체(Global Object)
전역 객체는 코드가 실행되기 이전 단계에 자바스크립트 엔진에 의해 생성되는 특수한 객체이다. 전역 객체는 클라이언트 사이드 환경(브라우저)에서는 window, 서버 사이드 환경(Node.js)에서는 global 객체를 의미한다.

객체 생성 방식과 프로토타입의 결정

각각의 방식 마다 세부적인 객체 생성 방식의 차이는 있으나 추상 연산 ObjectCreate에 의해 생성된다는 공통점 을 갖는다.

  • 객체 리터럴
  • Object 생성자 함수
  • 생성자 함수
  • Object.create 메소드
  • 클래스 (ES6)

객체 리터럴에 의해 생성된 객체의 프로토타입

자바스크립트 엔진은 객체 리터럴을 평가하여 객체를 생성할 때, 추상 연산 ObjectCreate를 호출한다. 이때 추상 연산 ObjectCreate에 전달되는 프로토타입은 Object.prototype이다. 객체 리터럴에 의해 생성되는 객체의 프로토타입은 Object.prototype이다.

Object 생성자 함수에 의해 생성된 객체의 프로토타입

명시적으로 Object 생성자 함수를 호출하여 객체를 생성하면 빈 객체가 생성된다. Object 생성자 함수를 호출하면 객체 리터럴과 마찬가지로 추상 연산 ObjectCreate를 호출한다. 이때 추상 연산 ObjectCreate에 전달되는 프로토타입은 Object.prototype이다. Object 생성자 함수에 의해 생성되는 객체의 프로토타입은 Object.prototype이다.

객체 리터럴과 Object 생성자 함수에 의한 객체 생성 방식의 차이: 프로퍼티를 추가하는 방식
객체 리터럴 방식: 객체 리터럴 내부에 프로퍼티를 추가
Object 생성자 함수 방식: 일단 빈객체를 생성한 이후 프로퍼티를 추가

생성자 함수에 의해 생성된 객체의 프로토타입

new 연산자와 함께 생성자 함수를 호출하여 인스턴스를 생성하면 다른 객체 방식과 마찬가지로 추상 연산 ObjectCreate를 호출한다. 이때 추상 연산 ObjectCreate에 전달되는 프로토타입은 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩되어 있는 객체이다. 즉, 생성자 함수에 의해 생성되는 객체의 프로토타입은 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩되어 있는 객체이다.

프로토타입 체인

자바스크립트는 객체의 프로퍼티(메소드 포함)에 접근하려고 할 때 해당 객체에 접근하려는 프로퍼티가 없다면 __proto__ 접근자 프로퍼티가 가리키는 링크를 따라 자신의 부모 역할을 하는 프로토타입의 프로퍼티를 순차적으로 검색한다. 이것을 프로토타입 체인 이라 한다. 프로토타입 체인은 자바스크립트가 객체 지향 프로그래밍의 상속을 구현하는 메커니즘이다.

프로토 타입의 종점(End of prototype chain)

프로토타입 체인의 최상위에 위치하는 객체는 언제나 Object.prototype이다. 따라서 모든 객체는 Object.prototype을 상속받는다. Object.prototype의 프로토타입, 즉 [[Prototype]] 내부 슬롯의 값은 null이다.

캡슐화

캡슐화(encapsulation)
정보의 일부를 외부에 감추어 은닉(정보 은닉(information hiding))하는 것

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const Person = (function () {
// 생성자 함수
function Person(name) {
this.name = name;
}

// 프로토타입 메소드
Person.prototype.sayHello = function () {
console.log(`Hi! My name is ${this.name}`);
};

// 생성자 함수를 반환
return Person;
}());

const me = new Person('Lee');

외부에 공개할 필요가 없는 구현의 일부를 외부에 노출되지 않도록 감추어 적절치 못한 접근으로부터 정보를 보호하고 객체간의 상호 의존성, 즉 결합도를 낮추는 효과가 있다. 자바스크립트는 public, private, protected와 같은 접근 제한자를 제공하지 않는다.

클로저 참고.

오버라이딩과 프로퍼티 쉐도잉

  • 하위 객체를 통해 프로토타입의 프로퍼티를 변경 또는 삭제하는 것은 불가능하다.
  • 하위 객체를 통해 프로토타입에 get 액세스는 허용되나 set 액세스는 허용되지 않는다.

프로토타입 프로퍼티: 프로토타입이 소유한 프로퍼티 (메소드 포함)
인스턴스 프로퍼티: 인스턴스가 소유한 프로퍼티

오버라이딩(Overriding)
상위 클래스가 가지고 있는 메소드를 하위 클래스가 재정의하여 사용하는 방식

오버로딩(Overloading)
함수의 이름은 동일하지만 매개변수의 타입 또는 개수가 다른 메소드를 구현하고 매개변수에 의해 메소드를 구별하여 호출하는 방식이다. 자바스크립트는 오버로딩을 지원하지 않지만 arguments 객체를 사용하여 구현할 수는 있다.

프로토타입의 교체

프로토타입은 다른 임의의 객체로 변경 할 수 있다. 부모 객체인 프로토타입을 동적으로 변경할 수 있다는 의미이다. 생성자 함수 또는 인스턴스에 의해 교체 할 수 있다.

프로토타입 교체를 통해 객체 간의 상속 관계를 동적으로 변경하는 것은 꽤나 번거롭다. 하지만 ES6에서 도입된 클래스를 사용하면 간편하고 직관적으로 상속 관계를 구현할 수 있다.

생성자 함수에 의한 프로토타입의 교체

  • 프로토타입을 교체하면 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 링크가 파괴된다.
  • 프로토타입으로 교체한 객체 리터럴에는 constructor 프로퍼티가 없다. 따라서 me 객체의 생성자 함수를 검색하면 Person이 아닌 Object가 나온다.
  • 프로토타입으로 교체한 객체 리터럴에 constructor 프로퍼티를 추가하여 프로토타입의 constructor 프로퍼티를 되살린다.
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const Person = (function () {
function Person(name) {
this.name = name;
}

// 생성자 함수의 prototype 프로퍼티를 통해 프로토타입을 교체
Person.prototype = {
// constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 링크 설정
constructor: Person,
sayHello() {
console.log(`Hi! My name is ${this.name}`);
}
};

return Person;
}());

const me = new Person('Kim');

// constructor 프로퍼티가 생성자 함수를 가리킨다.
console.log(me.constructor === Person); // true
console.log(me.constructor === Object); // false

인스턴스에 의한 프로토타입의 교체

  • 인스턴스의 __proto__ 접근자 프로퍼티(또는 Object.setPrototypeOf 메소드)를 통해 프로토타입을 교체할 수 있다.
  • 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 다른 임의의 객체를 바인딩하는 것은 미래에 생성할 인스턴스의 프로토타입을 교체하는 것을 의미한다. __proto__ 접근자 프로퍼티를 통해 프로토타입을 교체하는 것은 이미 생성된 객체의 프로토타입을 교체하는 것.
  • 인스턴스에 의한 프로토타입 교체도 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 연결을 파괴한다.
  • 프로토타입으로 교체한 객체 리터럴에 constructor 프로퍼티를 추가하고 생성자 함수의 prototype 프로퍼티를 재설정한다.
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function Person(name) {
this.name = name;
}

const me = new Person('Kim');

// 프로토타입으로 교체할 객체
const parent = {
// constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 링크 설정
constructor: Person,
sayHello() {
console.log(`Hi! My name is ${this.name}`);
}
};

// 생성자 함수의 prototype 프로퍼티와 프로토타입 간의 링크 설정
Person.prototype = parent;

// me 객체의 프로토타입을 parent 객체로 교체한다.
Object.setPrototypeOf(me, parent);
// 위 코드는 아래의 코드와 동일하게 동작한다.
// me.__proto__ = parent;

me.sayHello(); // Hi! My name is Kim

// constructor 프로퍼티가 생성자 함수를 가리킨다.
console.log(me.constructor === Person); // true
console.log(me.constructor === Object); // false

// 생성자 함수의 prototype 프로퍼티가 교체된 프로토타입을 가리킨다.
console.log(Person.prototype === Object.getPrototypeOf(me)); // true

생성자 함수에 의한 프로토타입 교체와 인스턴스에 의한 프로토타입 교체의 차이

프로토타입 교체 방식에 의해 발생하는 차이

instanceof 연산자

  • instanceof 연산자는 이항 연산자로서 좌변에 객체를 가리키는 식별자, 우변에 생성자 함수를 가리키는 식별자를 피연산자로 받는다.
  • 우변의 피연산자가 함수가 아닌 경우, TypeError가 발생한다.
  • instanceof 연산자는 프로토타입의 constructor 프로퍼티가 가리키는 생성자 함수를 찾는 것이 아니라 프로토타입 체인 상에 존재하는 프로토타입에 영향을 받는다.
  • instanceof 연산자는 좌변 피연산자의 프로토타입 체인 상에 우변의 피연산자, 즉 생성자 함수의 prototype 프로퍼티에 바인딩된 객체가 존재하는지 검색한다.
  • 생성자 함수에 의해 프로토타입이 교체되어 constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 링크가 파괴된 경우, 생성자 함수의 prototype 프로퍼티와 프로토타입 간의 링크는 파괴되지 않으므로 instanceof는 아무런 영향을 받지 않는다.
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객체 instanceof 생성자 함수
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const Person = (function () {
function Person(name) {
this.name = name;
}

// 생성자 함수의 prototype 프로퍼티를 통해 프로토타입을 교체
Person.prototype = {
sayHello() {
console.log(`Hi! My name is ${this.name}`);
}
};

return Person;
}());

const me = new Person('Lee');

// constructor 프로퍼티와 생성자 함수 간의 링크가 파괴되어도
// instanceof는 아무런 영향을 받지 않는다.
console.log(me instanceof Person); // true
console.log(me instanceof Object); // true

직접 상속

Object.create에 의한 직접 상속

Object.create 메소드는 명시적으로 프로토타입을 지정하여 새로운 객체를 생성한다. Object.create 메소드도 다른 객체 생성 방식과 마찬가지로 추상 연산 ObjectCreate를 호출한다.

직접 상속은 위와 같이 여러 장점이 있다. 하지만 두번째 인자로 프로퍼티를 정의하는 것은 번거롭다.

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/**
* 지정된 프로토타입 및 프로퍼티를 갖는 새로운 객체를 생성하여 반환한다.
* @param {Object} prototype - 생성할 객체의 프로토타입으로 지정할 객체
* @param {Object} [propertiesObject] - 생성할 객체의 프로퍼티를 갖는 객체
* @returns {Object} 지정된 프로토타입 및 프로퍼티를 갖는 새로운 객체
*/
Object.create(prototype[, propertiesObject])

객체 리터럴 내부에서 __proto__에 의한 직접 상속

ES6에서는 객체 리터럴 내부에서 proto 접근자 프로퍼티를 사용하여 직접 상속을 구현할 수 있다.

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const myProto = { x: 10 };

// 객체 리터럴에 의해 객체를 생성하면서 프로토타입을 지정하여 직접 상속받을 수 있다.
const obj = {
y: 20,
// 객체를 직접 상속받는다.
// obj → myProto → Object.prototype → null
__proto__: myProto
};
// 위 코드는 아래와 동일하다.
// const obj = Object.create(myProto, { y: { value: 20 } });

console.log(obj.x, obj.y); // 10 20
console.log(Object.getPrototypeOf(obj) === myProto); // true

정적 프로퍼티/메소드

정적(static) 프로퍼티/메소드: 생성자 함수로 인스턴스를 생성하지 않아도 참조/호출할 수 있는 프로퍼티/메소드

  • 생성자 함수는 객체이므로 자신의 프로퍼티/메소드를 소유할 수 있다. 생성자 함수 객체가 소유한 프로퍼티/메소드 를 정적 프로퍼티/메소드라고 부른다.
  • 생성자 함수가 생성한 인스턴스로 참조/호출할 수 없다.
  • 모든 객체는 생성자 함수에 의해 생성된다.
  • 생성자 함수가 생성한 인스턴스는 자신의 프로토타입 체인에 속한 객체의 프로퍼티/메소드에 접근할 수 있다.
  • 정적 프로퍼티/메소드는 인스턴스의 프로토타입 체인에 속한 객체의 프로퍼티/메소드가 아니므로 인스턴스로 접근할 수 없다.
  • 프로토타입 메소드를 호출하려면 인스턴스를 생성해야 하지만 정적 메소드는 인스턴스를 생성하지 않아도 호출할 수 있다.

프로퍼티 존재 확인

  • in 연산자는 객체 내에 프로퍼티가 존재하는지 여부를 확인한다.
  • in 연산자는 확인 대상 객체의 프로퍼티 뿐만 아니라 확인 대상 객체가 상속받은 모든 프로토타입의 프로퍼티를 확인한다.
    • in 연산자가 person 객체가 속한 프로토타입 체인 상에 존재하는 모든 프로토타입에서 toString 프로퍼티를 검색했기 때문
    • toStringObject.prototype의 메소드이다.
    • Object.prototype.hasOwnProperty 메소드를 사용해도 객체의 프로퍼티의 존재 여부를 확인 가능. 객체 고유의 프로퍼티인 경우에만 true를 반환하고 상속받은 프로토타입의 프로퍼티인 경우 false를 반환한다.
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/**
* prop: 프로퍼티 키를 나타내는 문자열
* object: 객체로 평가되는 표현식
*/
prop in object
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const person = {
name: 'Lee',
address: 'Seoul'
};

// person 객체에 name 프로퍼티가 존재한다.
console.log('name' in person); // true
// person 객체에 age 프로퍼티가 존재하지 않는다.
console.log('age' in person); // false

프로퍼티 열거

for…in 문

객체의 프로토타입 체인 상에 존재하는 모든 프로토타입의 프로퍼티 중에서 프로퍼티 어트리뷰트 [[Enumerable]]의 값이 ture인 프로퍼티를 순회하며 열거(enumeration)한다.

  • 프로퍼티를 열거할 때 순서를 보장하지 않는다.
  • 객체의 프로퍼티 개수만큼 반복하며 for…in 문의 변수 선언문에서 선언한 변수에 프로퍼티 키를 할당한다.
  • 상속받은 프로토타입의 프로퍼티까지 열거 한다.
  • Object.prototype.string 프로퍼티의 프로퍼티 어트리뷰트 [[Enumerable]]의 값이 false인 경우 Object.prototype의 프로퍼티가 열거되지 않는다.
  • 프로퍼티 키가 심볼인 프로퍼티는 열거하지 않는다.
  • 상속받은 프로퍼티는 제외하고 객체 자신의 프로퍼티 만을 열거하려면 Object.prototype.hasOwnProperty 메소드를 사용하여 객체 자신의 프로퍼티인지 확인 해야 한다.
  • 배열에는 for…in 문보다 일반적인 for 문이나 for…of 문 또는 Array.prototype.forEach 메소드를 사용하기를 권장한다.
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for (변수선언문 in 객체) { … }
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const person = {
name: 'Kim',
address: 'Seoul'
};

for (const prop in person) {
console.log(prop + ': ' + person[prop]);
}

// name: Kim
// address: Seoul

Object.keys/values/entries 메소드

  • Object.keys: 객체 자신의 열거 가능한 프로퍼티 키를 배열로 반환한다.
  • ES8에서 도입된 Object.values: 객체 자신의 열거 가능한 프로퍼티 값을 배열로 반환
  • ES8에서 도입된 Object.entries: 객체 자신의 열거 가능한 프로퍼티 키와 값의 쌍의 배열을 배열에 담아 반환

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