[Swift] 함수형 프로그래밍 (Functional Programming)

객체지향 프로그래밍은 절차지향 프로그래밍과 상반되는 것이 아니라 절차지향적 요소들과 공존하기도 하고, 이들을 포함하기도 하는 개념이다.

함수형 프로그래밍도 객체지향과 대립하는 관계는 아니다. 프로그래머들이 일하는 새로운 패러다임을 제시한 것.
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함수형 프로그래밍의 예시를 초콜렛 공장으로 나타내면 다음과 같다.

• 비 함수형

  • 공장 프로세스를 각 구성원이 알고 있다. 다른 곳에 무언가를 적어두고 참조하기도 함. 그렇기 때문에 여러 함수들이 사용하는 외부 변수에 오류가 생기면, 공장 프로세스에 차질이 생길 수 밖에 없다.

  • 각 구성원들이 맡은 역할에 따라 협력하며 일함. 시스템을 구축하기 위한 설계자의 고민이 필요.

    
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• 함수형

  • 각 구성원들은 공장 프로세스에 대해 알지 못함.

  • 인풋과 아웃풋이 있다. 각 구성원들에게 일을 시키는 방법은, 그들의 역할대로 처리할 중간재료를 넘겨주는 것이다. 그러면 각자 맡은 작업을 해서 결과물을 반환하게 된다.

  • 외부 환경으로부터 철저히 독립적임. 비 함수형 공장처럼 다른 곳에 무언가를 적어두지도, 참조하지도 않는다. 오로지 자신들에게 주어지는 것들로만 정해진 작업을 한다.

  • 같은 인풋에 있어서 언제나 동일한 아웃풋을 생산한다. 이는 외부 환경으로부터 철저히 독립적이기 때문. 외부 요인의 영향을 받지 않으므로 철저히 들어오는 재료에 따른 결과물이 만들어지고, 다른 구성원들에 대해서도 넘겨주는 결과물 외에는 아무 영향을 주지 않는다. 이런 것을 순수 함수라고 한다.

  • 부작용에 의한 문제로부터 보다 자유롭다. 부작용이란, 어떤 함수의 동작에 의해 프로그램 내 특정 상태가 변경되는 상황을 말한다. 변경된 상태는 관련된 다른 동작들에게 영향을 미친다.

    
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함수형 프로그래밍

• 함수의 동작에 의한 변수의 부수적인 값 변경을 원천 배제함으로써 부작용에 의한 오류를 방지하는 것. 즉, 문제의 소지가 있는 일은 하지 않는 코딩 방식.
• 외부 변수를 사용하더라도, 그 본체에 접근해서 변경하는 게 아니라 인자로 넣어서 사본으로 복사해가서 작업을 하기 때문에 어떤 작업을 하든 부작용은 일어나지 않는다.
• 아무 변수 값도 바꾸지 않으면서, 고정값만 쓰면서 소프트웨어를 만든다는 것은 아무런 상태변화를 일으키지 않는다는 말은 아니다. 모든 것을 100% 함수형 기준에 맞추는 것은 어렵지만, 적어도 일정 단위의 작업에 있어서는 부수효과 없이 안정적이고 예측 가능한 프로그램을 짜는 것이 함수형 프로그래밍이다.
• 멀티 프로세싱이 중요해진 오늘날 더욱 더 주목받고 있다.
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함수형 프로그래밍의 대표적 특징과 요소

1. 함수형 프로그래밍은 선언형이다.

• 명령형 프로그래밍은 ‘너는 이걸 하고 너는 저걸 누구랑 어떻게 해서 이러이러한 결과를 산출해내라’ 하는게 명령형으로 사고하는 것

  

  

• 함수형 프로그래밍 ⇒ 이거’는’ 이거다.

• 함수형 방식으로 짜인 순수 함수들은 인풋만 똑같으면 절대 다른 요인에 의한 변수가 없기 때문에, 이거’는’ 이거다. 카카오를 넣은 결과는 무조건 초콜렛이다. 라는 걸 장담할 수 있다.

• 함수도 변수처럼 생각하면 된다. 함수를 값으로 보고 프로그래밍을 하는 것.

  
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2. 함수도 ‘값’이다.

• 함수는 값 형태로도 선언될 수 있다.

    var sum: (Set<Int>) -> Int = { $0.reduce(0,+) }

• 변수에 담긴 함수들은 호출할 수도 있고, 다른 함수 등에 콜백으로 넣어줄 수도 있다.

    var sum: (Set<Int>) -> Int = { $0.reduce(0,+) }
  
    print(sum([1, 2, 3]))
  
    func myFunc(closure: (Set<Int>) -> Int) {
        print(closure([1, 2, 3, 4, 5]))
    }
  
    myFunc(closure: sum)

• 함수 자체로는 결과가 나오지 않는다. 인자로 무언가가 들어가야 결과값이 나온다.

  

• 함수가 순수함수일 경우, 인풋으로 하는 일은 일정하기 때문에 인자로 값을 넣으면 인자로써 절대 예측가능한 값을 아웃풋으로 내게 되는 상태라는 값으로 함수를 바라볼 수 있게 된다.
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3. 고계함수

• 인풋이 있는 함수는 특정 값을 인자로 받는다.

• 함수를 값으로 볼 수 있다면, 함수도 다른 함수에 인자로 넣어줄 수 있다.

• 인자로 다른 함수를 받아 결과값을 내보내는 함수를 고계함수라고 한다.

• 값은 인자로 주어질 뿐만 아니라, 결과값으로 반환되기도 한다. 다른 함수를 반환하는 함수도 고계함수에 속한다.

• 아래 코드는 들어온 인자 값으로 어떤 연산을 할지 판단하고, 그에 맞는 함수를 리턴하여 결과를 반환한다.

    func add(a: Int, b: Int) -> Int { return a + b }
    func sub(a: Int, b: Int) -> Int { return a - b }
    func mul(a: Int, b: Int) -> Int { return a * b }
    func div(a: Int, b: Int) -> Int { return a / b }
  
    func calculate(op: String) -> ((Int, Int) -> Int)? {
        switch op {
        case "add":
            return add(a:b:)
        case "sub":
            return sub(a:b:)
        case "mul":
            return mul(a:b:)
        case "div":
            return div(a:b:)
        default:
            return nil
        }
    }
  
    print(calculate(op: "add")?(2, 5)) // Optional(7)
    print(calculate(op: "mul")?(2, 5)) // Optional(10)

  

• 아래 코드 설명

  • calculate2 함수에 add를 인자로 넣은 결과를 add2에 값으로 저장하고, add2는 함수를 반환하는 함수이므로 add2의 값으로는 함수가 들어가있는 것이다.

  • add2에 인자로 (3, 5)를 전달하면 3과 5가 더해져서 8이 출력된다.

  • 즉, add2는 calculate2 함수에 add 함수를 인자로 넣으면, add 함수에 인자로 전달된 숫자 2개가 더해져서 나오는 함수가 만들어진 것이다.

  • calculate2에 mul을 인자로 전달해서 만든 mul2 함수는 mul2에 2와 5를 인자로 전달하면 10이 출력된다.

    func calculate2(_ op: @escaping (Int, Int) -> Int) -> (Int, Int) -> Int {
      return {
          op($0, $1)
      }
    }
    
    let add2 = calculate2(add)
    print(add2(3, 5)) // 8
    
    let mul2 = calculate2(mul)
    print(mul2(2, 5))

• 프로그램이 동작하는 중에 함수가 만들어진다!
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4. 커링

• add_curry(2)가 먼저 실행된 후, 그 결과

• 여러 인자를 받는 함수에 일부 인자만 넣어서 나머지 인자를 받는 다른 함수를 만들어낼 수 있는 함수형 프로그래밍 기법.

• 모든 인자들이 준비되지 않았을때, 부분적용된 상태의 함수를 만들어내서 마련해두거나 다른 함수에 인자로 넘겨주는 등, 로직을 짜는 방식이 더 풍성해지고 코드도 줄일 수 있다.

  

  
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5. 함수 컴비네이터

• 배열이나 리스트 같은 컬렉션에서 자주 사용되는 기능이다.

• 함수형 언어나 함수형 프로그래밍을 위한 라이브러리들에는 이렇게 컬렉션 내의 요소들을 다양하게, 연속적으로 처리할 수 있는 많은 도구들이 탑재되어있다.

• 우리가 이전에는 직접 for 문을 돌리고, 변수 지정해가며 하나하나 설계하고 작업해야했던, 실수의 여지도 있고 부작용도 불가피한 작업들을 함수형 프로그래밍에서는 이런 다양한 도구들의 작동과 사용법을 익혀놓았다가 어떻게 활용할지 생각해서 사용하면 되는 것.

• 함수형 언어가 아니더라도, ReactiveX에서 제공하는 라이브러리를 이용해서 거의 모든 인기 언어들에서 이런 기능을 사용할 수 있다.

  

  

  

• for문이나 while문 등 반복문의 요소들은 특정 변수의 상태 변화, 즉 부수효과를 필요로 한다. 때문에 함수형 프로그래밍에서는 부수효과를 일으키지 않는 재귀함수를 많이 사용한다.

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출처