[Swift] 고차함수 (map, filter, reduce)

Swift의 함수는 First-Class Citizen (일급객체)이다.

 

따라서 함수는

1. 변수나 상수에 저장

2. 파라미터로 전달

3. 함수나 메소드에서 리턴 할 수 있다.

 

고차 함수 (Higher-order Function) 란 인자로 함수를 전달받거나, 함수를 결과로 반환하는 함수를 말한다.

Swift에서 제공하는 대표적인 고차함수로는 맵 (map), 필터 (filter), 리듀스 (reduce)가 있는데, 이에 대해서 알아보고자 한다.

 

1. map (맵)

Swift에서 map은 배열 (Array), 딕셔너리 (Dictionary), 셋 (Set), 옵셔널 등 에서 사용이 가능한데, 여기서는 배열에서 사용하는 map에 대해서 알아보고자 한다.

 

map(_:) 은 클로저로 전달된 시퀀스의 요소들을 맵핑한 후에 그 결과를 새로운 배열로 만들어서 리턴한다.

기존 시퀀스 요소들의 값은 변경되지 않는다. 그렇기 때문에 map은 기존의 데이터를 변형하는데 많이 쓰인다.

 

for-in 구문과 비슷하게 사용되지만, map 메소드를 사용하면 코드를 더 간결하게 구현할 수 있다.

 

배열 numArr에 저장된 요소들을 모두 String으로 바꿔서 새로운 배열에 저장하려고 한다.

아래 예시를 보자.

 

 

for-in 문을 사용한 코드이다.

numString 배열을 빈 배열로 생성한 후에, for-in 문 내에서 append 메소드를 통해 앞서 생성한 배열에 요소들을 추가하고 있다.

let numArr = [1, 2, 3, 4, 5]
var numString: [String] = []

for num in numArr {
    numString.append("\(num)")
}

print(numString) // ["1", "2", "3", "4", "5"]

 

 

 

위 코드를 map 메소드로 구현하면 아래와 같다.

for-in 문에서는 별도로 빈 배열을 초기화하여 생성해주었지만, map 메소드를 사용하면 그럴 필요가 없다. 

map 메소드의 결과 값을 바로 배열에 저장해주기만 하면 된다.

let numArr = [1, 2, 3, 4, 5]

var numString = numArr.map { (number: Int) -> String in
    return "\(number)"
}

print(numString) // ["1", "2", "3", "4", "5"]

 

 

또한 위 코드를 문법 최적화를 이용하면 더 간단히 구현할 수 있다.

let numArr = [1, 2, 3, 4, 5]

var numString = numArr.map { "\($0)" }
print(numString) // ["1", "2", "3", "4", "5"]

 

 

2. filter (필터)

 

Swift에서 filter는 주어진 시퀀스의 요소를 조건에 따라 추출한 후에, 그 값들을 순서대로 배열에 포함하여 반환한다.

map과 마찬가지로 새로운 배열로 리턴해준다.

하지만 filter는 map처럼 기존의 값을 바꾸는 것이 아니라, 주어진 조건에 따라 값을 추출하여 새로운 배열로 반환한다.

 

파라미터는 isIncluded로, 시퀀스의 요소를 인자로 사용하고 반환할 배열에 요소를 포함할 지의 여부를 나타내는 Boolean 값을 반환하는 클로저이다.

 

filter 함수의 파라미터로 전달되는 함수의 리턴 타입은 Bool으로, 조건에 따라 포함할 값이라면 true를, 아니라면 false를 반환한다. 

 

 

아래 예시는 filter(_:) 메소드를 이름의 문자가 5자 미만인 것들만 shortNames에 저장해주고 있다.

 

복잡도는 O(n)으로, 여기서 n은 시퀀스의 길이를 의미한다.

 

 

 

3. Reduce (리듀스)

reduce는 주어진 closure를 사용하여 시퀀스의 요소를 조합한 결과를 리턴한다.

 

 

파라미터는 initialResult와 nextPartialResult가 있다.

initialResult는 초기 누적 값으로 사용하는데, 초기값을 지정해줄 수도 있다.

closure가 처음 실행되면 initialResult가 nextPartialResult로 전달된다.

 

nextPartialResult는 누적된 값과 시퀀스의 요소를 새로운 누적 값으로 결합하는 클로저로, nextPartialResult 클로저의 다음 호출에 사용되거나 caller에게 반환되는데 사용한다.

nextPartialResult의 첫번째 파라미터는 reduce apthemdml initialResult 파라미터를 통해 전달 받은 초기값 또는 이전 클로저의 결과값이고, 모든 순회가 끝나면 reduce의 최종 결과값이 된다.

nextPartialResult의 두번째 파라미터는 reduce 메소드가 순환하는 배열의 요소를 의미한다.

 

리턴값은 최종적으로 누적된 값으로, 만약 시퀀스가 요소가 없다면 initialResult가 결과이다.

 

즉, 클로저가 각 요소를 전달받아 연산한 후에, 이 값을 다음 클로저 실행을 위해 반환하며 시퀀스를 순환하는 형태이다.

 

reduce(_:_:) 메소드는 전체 시퀀스의 요소 중 단일 값을 생성하기 위해 사용한다. 

예를 들면, 숫자로 이루어진 배열에서 그들의 합 또는 곱을 구하기 위해서 이 메소드를 사용한다.

nextPartialResult 클로저는 initialResult로 초기화된 누적 값과 시퀀스의 각 요소를 사용하여 순차적으로 호출된다.

 

아래 예제는 숫자로 이루어진 배열에서 배열 요소들의 합을 찾는 방법이다.

numbers.reduce(_:_:)가 호출되면 아래와 같은 단계가 발생한다.

1. nextPartialResult 클로저는 initialResult가 0인 상태로 호출된다. numbers의 첫번째 요소는 1이기 때문에 합계 1을 반환한다.

2. 클로저가 이전 호출의 리턴 값과 시퀀스의 각 요소와 함께 다시 반복적으로 호출된다.

3. 시퀀스 끝까지 모두 호출했다면, 마지막 클로저에서 반환된 값이 caller에게 반환된다.

만약 시퀀스가 어떤 요소도 갖지 않는다면, nextPartialResult는 절대 실행되지 않고, initialResult가 reduce(_:_:)가 호출 결과가 된다.

 

복잡도는 O(n)으로, 여기서 n은 시퀀스의 길이를 의미한다.

 

 

reduce 예제1

배열 nums에 있는 숫자들의 곱을 모두 구하는 방법

import UIKit

var nums = [1, 2, 3, 4, 5]

var a1 = nums.reduce(1, { (num1: Int, num2: Int) -> Int in
    return num1 * num2
})

// 파라미터 형식, 리턴 형식 생략
var a2 = nums.reduce(1, { (num1, num2) in
    return num1 * num2
})

// 파라미터 이름 생략, in 키워드 생략, 클로저 바디 내의 파라미터를 shorthand Argument Name으로 변경
var a3 = nums.reduce(1, {
    return $0 * $1
})

// 단일 return문이므로 return 키워드 생략
var a4 = nums.reduce(1, {
    $0 * $1
})

// 마지막 파라미터이므로 trailing closure로 변경
var a5 = nums.reduce(1) { $0 * $1 }

// 연산자는 중위 연산자이므로 왼쪽 값이 $0, 오른쪽 값이 $1임을 추론할 수 있기 때문에 다음과 같이 변형 가능
var a6 = nums.reduce(1, *)

print("=======")
print(a1)
print(a2)
print(a3)
print(a4)
print(a5)
print(a6)
print("=======")

 

 

reduce 예제2

배열에 있는요소를 모두 합쳐서 String으로 출력하는 방법.

이 때 result의 타입은 String이다.

코드

 

출력 결과

let arr = ["A", "B", "C", "D", "E", "F", "G", "H"]

let result = arr.reduce("시작!\n", {
    print($0)
    return $0 + "\($1)"
})

print(result)