javascript의 자료형 Number, Bigint, String과 메모리

💻 숫자와 문자

1. Number

자바스크립트에서는 모든 숫자가 Number 타입으로 표현되며, 정수와 실수를 별도로 구분하지 않는다.
이는 C++이나 Java와의 가장 큰 차이점 중 하나로, int, float, double과 같은 다양한 숫자 타입이 존재하는 언어들과 달리, 자바스크립트에서는 모든 숫자가 64비트 부동소수점(IEEE 754) 형식으로 저장된다.

이로 인해 정확도 문제가 발생할 수 있다.

console.log(0.1 + 0.2); // 0.30000000000000004 (부동소수점 오차)

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2. BigInt

BigInt는 매우 큰 정수를 다룰 수 있는 자바스크립트의 자료형으로, Number 타입과는 다르게 정확한 정수 연산이 가능하다.

2-1. BigInt의 내부 구조

BigInt는 가변 크기 정수를 저장하기 위해 배열 기반의 다중 정밀도 정수(Multi-Precision Integer) 구조를 사용한다. 내부적으로 여러 개의 작은 정수(워드, word)로 나뉘어 저장되며, 각 워드는 32비트 또는 64비트 단위로 관리된다.

예를 들어, 123456789012345678901234567890n 같은 큰 정수를 BigInt로 저장하면:

BigInt(123456789012345678901234567890n)
↓
[ 0x1B69B4BACD05F15A, 0x4F0D28A1 ]  (가상의 64비트 블록으로 분할)

각 블록(워드)은 배열 형태로 관리되며, 연산 시 자리 올림(Carry Propagation) 등의 처리가 필요하다.

2-2. BigInt의 연산 방식

1. 덧셈(Addition): 여러 개의 워드를 하나씩 더하면서 자리 올림을 처리한다.
2. 곱셈(Multiplication): Karatsuba 곱셈 알고리즘 또는 FFT 기반 곱셈을 사용할 수 있다.
3. 비트 연산(Bitwise Operations) 지원 X: BigInt는 크기가 가변적이므로, &, |, ^, <<, >> 같은 비트 연산자를 사용할 수 없다.

2-3. BigInt vs Number

	Number (IEEE 754)	BigInt
최대 크기	±1.8 × 10³⁰⁸	메모리가 허용하는 한 무제한
저장 방식	64비트 부동소수점	배열 기반 다중 정밀도 정수
정확성	큰 정수 연산 시 반올림 오류 발생	정확한 정수 연산 가능
연산 속도	빠름	느림 (큰 수일수록 성능 저하)
비트 연산 지원	O	X

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3. String

자바스크립트의 문자열은 변경할 수 없는(immutable) 유니코드 문자들의 시퀀스다.
이는 Java나 C++에서의 String과 유사하지만, JavaScript에서는 문자열이 원시 값(primitive)으로 취급된다.

3-1. 원시 문자열 vs String 객체

자바스크립트에서는 문자열이 원시 값으로 동작하지만, 메서드를 호출할 때 임시 String 객체가 생성되어 메서드를 실행한 후 즉시 삭제된다.

let str = "hello";
console.log(str.toUpperCase()); // "HELLO"
console.log(typeof str); // "string" (여전히 원시 값)

반면, new String("hello")로 생성하면 객체로 취급되어 메서드 실행 후에도 상태가 유지된다.

let objStr = new String("hello");
console.log(typeof objStr); // "object"
console.log(objStr instanceof String); // true

하지만, 원시 문자열과 객체 문자열은 다르므로 비교 시 주의해야 한다.

console.log("hello" === new String("hello")); // false (타입이 다름)

3-2. String 객체 사용을 지양하는 이유

1. 비효율적인 메모리 사용: 원시 문자열은 스택(stack)에서 생성되어 string pool (엔진별 상이 가능)을 참조하면 되지만, String 객체는 힙(heap)에 한번더 객체로 저장되므로 불필요한 메모리 소비가 발생한다.
2. 비교 연산 시 혼란: 원시 문자열과 객체 문자열을 비교하면 예상치 못한 결과가 나올 수 있다.
3. 문자열 조작 시 비일관성: String 객체에 프로퍼티를 추가할 수 있지만, 문자열 조작 시 유지되지 않는다.

let strObj = new String("hello");
strObj.customProp = "test";
console.log(strObj.customProp); // "test"

let strPrim = "hello";
strPrim.customProp = "test";
console.log(strPrim.customProp); // undefined (원시 값은 프로퍼티를 가질 수 없음)

3-3. String과 메모리

• 공부를 하다보면 js에서 String이 어째서 불변일가에 대한 고민이 생긴다.
• C에서도 문자열을 리터럴로 사용한다면 마찬가지로 불변이지만 char 배열로 만들어서 사용하거나, cpp에서는 string자료형을 사용하면 수정이 가능하기 때문에 js는 이런 과정이 어떻게 진행될 지 궁금했다.

let str1 = "Hello";
let str2 = "Hello";
console.log(str1 == str2); //true

 

• 이 경우 스택(stack)에 str1, str2가 만들어진다.
• 그리고 힙(heap) 속에 string constant pool 이라는 string 들을 저장해 놓는 공간에 "hello"라는 배열이 생긴다.
• str1과 str2 모두 pool 속에 동일한 공간을 가리킨다.

출처 : https://www.geeksforgeeks.org/how-are-strings-stored-in-javascript/

 

 

그럼 위에서 왜 String 객체가 메모리에서 비효율적일 수 있는지 이해할 수 있다.

코드를 먼저 보자면

let str1 = new String("John");
let str2 = new String("John");
let str3 = new String("Doe");
console.log(str1 == str2); // false
console.log(str1 == str3); // false

 

new로 객체를 동적으로 생성하면, str1과 str2는 각각 다른 객체를 가리키고 각각의 객체 안에서 동일한 "John"이라는 문자열을 가리키고 있기 때문에 다른 것으로 취급한다.

 

출처 : https://www.geeksforgeeks.org/how-are-strings-stored-in-javascript/

 

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4. 관련 개념

원시 문자열의 메모리 구조

• 원시 문자열은 스택(stack)에만 저장됨 (변경 불가, immutable)
• new String()을 사용하면 힙(heap)에도 저장됨 (객체로 취급됨)
• 문자열을 수정하면 새로운 문자열이 할당되며, 기존 문자열은 GC(가비지 컬렉션)에 의해 정리됨

인터프리터의 문자열 처리 방식

1. 원시 문자열이 메서드를 호출하면, 자바스크립트 엔진이 자동으로 new String(str)을 실행하여 임시 객체를 생성한다.
2. 메서드가 실행되고, 결과가 반환된 후 임시 객체는 즉시 삭제(GC 처리됨).

let str = "hello";
str.test = "test"; // 원시 값에 프로퍼티 추가 시도
console.log(str.test); // undefined

• 원시 값은 프로퍼티를 추가할 수 없지만, 메서드는 실행 가능한 이유가 여기에 있음.

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📌 참고 자료

• 생활코딩 - 자바스크립트(JavaScript) 기본
• MDN - BigInt (JavaScript)
• MDN - Number (JavaScript)
• MDN - String (JavaScript)
• https://www.geeksforgeeks.org/how-are-strings-stored-in-javascript/