[TCA] Episodes 1 - Functions

Introduce

Point-Free는 함수형 프로그래밍과 Swift를 다루는 비디오 시리즈입니다.

여기서는 함수형 프로그래밍 개념에 대해서 많이 다루기 때문에, 함수형 프로그래밍에 대해서 잘 알아둬야 합니다.

 

Swift에서는 일반적으로 free function을 사용하지 않습니다.

왜냐?! free function은 global namespace에 떠다니고, 타입에 묶여있지 않아서 messy하게 보일 수도 있습니다. 하지만 여기서는 free function을 사용하는 것이 일반적입니다.

 

참고로 여기서 말하는 free function이란, 멤버 함수가 아닌 함수를 의미합니다.

struct NotFreeFunction {
	func hi() { } // Not Free Function
}

func bye() { } // Free Function
func byeee() -> Int { return 1 } // Free Function

 

|> 연산자 (파이프 연산자)

왼쪽은 A 타입의 값이고 오른쪽은 A에서 B로의 함수로, 값 A에 함수를 적용해서 B를 반환합니다.

precedencegroup ForwardApplication {
  associativity: left
}

infix operator |>: ForwardApplication // 왼쪽의 표현식을 먼저 평가

func |> <A, B>(a: A, f: (A) -> B) -> B {
	return f(a)
}

func incr(_ x: Int) -> Int {
  return x + 1
}

print(2 |> incr) // 3
print(2 |> incr |> square) // 9

 

연산자 정의 조건

1. 기존에 의미를 갖는 연산자에 새로운 의미를 부여하여 overload를 일으켜서는 안됩니다.
2. 가능한 한 선행 기술을 활용하고, 연산자가 그 의미를 연상시키는 멋진 모양을 갖도록 해야 합니다.
   • 앞서 정의한 |> 연산자의 경우, 값을 함수에 전달한다는 것을 명확히 설명하고 있습니다. 또한 |>는 F#, Elixir, Elm에서 이미 사용되고 있습니다.
3. 매우 특정한 도메인에 국한된 문제를 해결하기 위해서 연산자를 만들어서는 안됩니다. 매우 일반적인 방식으로 사용하고, 재사용할 수 있는 연산자만 정의하고 도입해야 합니다.

앞서 정의한 |> 연산자는 위의 3가지 조건을 모두 만족합니다.

 

>>> 연산자

함수 합성 연산자로, 한 함수의 출력이 다른 함수의 입력에 일치하도록 2개의 함수를 가져와서 합성하여 완전히 새로운 함수를 만드는 함수입니다.

precedencegroup: ForwardComposition {
	associativity: left
	higherThan: ForwardApplication
}

infix operator >>>: ForwardComposition

func >>> <A, B, C>(f: @escaping (A) -> B, g: @escaping (B) -> C) -> ((A) -> C) {
  return { a in
    g(f(a))
  }
}

3개의 generic 매개변수 (A, B, C)에 대한 generic 함수입니다.

A에서 B로, B에서 C로 전달하는 2개의 함수를 사용하고, A의 값을 A를 취하는 함수로 전달하는 새로운 함수를 반환하고, 반환 결과인 B를 B를 취하는 함수로 전달함으로써 두 함수를 붙입니다.

>>> 연산자 또한 연산자 정의 조건 3가지를 모두 만족합니다.

 

위의 연산자는 다음과 같이 사용할 수 있습니다.

(square >>> incr)(3) // 10

2 |> incr >>> square // 9

 

메서드 합성

메서드 세계에서 function composition을 하려면,

타입을 확장하고 각 메서드들을 함께 구성하는 다른 메서드를 작성해야 합니다.

extension Int {
	func incrAndSquare() -> Int {
		return self.incr().square()
	}
}

2.incrAndSquare() // 9

 

반면, 함수 합성 (function composition)은 아주 간단합니다.

incr >>> square

 

뿐만 아니라, 작은 구성 요소들 하나 하나 모두 다 재사용할 수 있습니다.

2 |> incr >>> square
2 |> incr
2 |> square
incr >>> square

 

반면 메서드는 값이 없으면 메서드나 메서드의 합성을 참조할 수 없습니다.

그렇기 때문에 기본적으로 재사용성이 떨어집니다.

// valid
2.incr().square()

// invalid
.incr().square()
incr().square()

 

표준 라이브러리에는 free function을 입력으로 받는 수많은 함수들이 있습니다.

예를 들면 배열에는 map이라는 메서드가 있습니다.

[1, 2, 3].map
// (transform: (Int) throws -> T) rethrows -> [T]

이 메서드는 배열의 원소 타입에서 다른 타입 T로 free function을 가져와서 변환하고 T 원소로 이루어진 새로운 타입의 배열을 반환합니다.

 

일반적으로 임시 함수를 전달해서 다음과 같이 증분하고 제곱할 수 있습니다.

[1, 2, 3].map { ($0 + 1) * ($0 + 1) } // [4, 9, 16]

 

메서드로만 작업할 때에는 재사용을 피하게 되는 것 같습니다.

하지만 함수로 작업하면, 메서드를 직접 재사용할 수 있습니다.

[1, 2, 3]
  .map(incr)
  .map(square)
// [4, 9, 16]

 

새로운 임시 함수를 열거나 인수를 지정할 필요도 없었고, 이를 “point-free” 스타일이라고 합니다. 함수를 정의하거나, 인수를 지정하거나, 심지어 $0를 지정하는 이러한 모든 것들을 모두 “points”라고 합니다.

“point-free” 스타일 프로그래밍은 함수와 합성에 중점을 두기 때문에, 연산되는 데이터를 참조할 필요조차 없습니다. 이 시리즈의 이름도 바로 여기서 따온 것입니다.

 

배열을 square로 매핑하기 전에, incr로 매핑하는 것은 함수 합성과 동일합니다.

우리는 단순히 한 번만 매핑하고, incr을 square로 forward-compose (순방향 합성)하면 됩니다.

[1, 2, 3].map(incr >>> square) // [4, 9, 16]

 

이를 통해 메서드에서는 보기 어려웠던 composition 연산자와 map의 관계를 확인할 수 있었습니다.

여기서 map은 >>> 합성 후에 실행됩니다.

 

두 함수에 걸쳐 map을 두 번 합성하는 것은, map에 대한 두 함수의 합성과 같습니다.

이와 같은 패턴은 매우 많고 앞으로도 계속 살펴볼 예정입니다.

결론

오늘은 여기서 free function으로 global namespace를 오염시켰습니다.

메서드로 함수를 합성하려면, 많은 작업과 상용구가 필요하고 복잡합니다.

하지만 함수로 합성을 하면 훨씬 더 편리하며, 가독성 또한 훨씬 좋게 유지할 수 있습니다.

그리고 사실 Swift는 global namespace에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 다양한 방식으로 함수의 범위를 지정할 수 있기 때문이죠!

• 파일에 비공개인 함수 정의 가능
• 구조체와 열거형에 정적 멤버인 함수 정의 가능
• 모듈로 범위가 지정된 함수 정의 가능. 동일한 함수 이름을 정의하는 여러 라이브러리를 사용할 수 있지만, 라이브러리의 모듈 이름으로 한정할 수 있습니다.

 

그렇기 때문에 함수를 두려워하지 마세요!

앞으로 Point-Free에서는 함수를 많이 사용하게 될 것입니다.

 

 

Episode #0: We launched!

Episode #1: Functions