함수형 프로그래밍

ayboori·2023년 11월 9일

CS Study

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함수형 프로그래밍(Functional Programming)

절차적 프로그래밍 (C, 포트란, ...), 객체 지향형 프로그래밍 (Java, C++, ...)과 다른 새로운 방식
자료처리를 수학적 함수의 계산으로 취급하고 상태와 가변 데이터를 멀리하는 프로그래밍 패러다임
- 대입문을 사용하지 않고, 작은 문제를 해결하기 위한 함수를 작성
클로저 (Clojure), 스칼라 (Scala), 하스켈 (Haskell) 등이 있고, 최근 Javascript, Kotlin, Python에도 문법이 추가되었다.
Java의 stream()을 사용하여 구현할 수 있다.
모든 것을 순수 함수로 나누어 문제를 해결하는 기법
작은 문제를 해결하기 위한 함수를 작성하여 가독성을 높이고 유지보수를 용이

특징

부수 효과가 없는 순수 함수를 1급 객체로 간주하여 파라미터나 반환값으로 사용할 수 있으며, 참조 투명성을 지킬 수 있다.

부수효과 (Side Effect)

아래의 변화 / 변화가 발생하는 작업

변수의 값이 변경됨
자료 구조를 제자리에서 수정함
객체의 필드값을 설정함
예외나 오류가 발생하며 실행이 중단됨
콘솔 또는 파일 I/O가 발생함

1급 객체 (First-Class Object)

다음의 것들이 가능한 객체

변수나 데이터 구조 안에 담을 수 있음
파라미터로 전달 가능
반환값으로 사용 가능
할당에 사용된 이름과 무관하게 고유한 구별이 가능
동적으로 프로퍼티 할당이 가능

참조 투명성(Referential Transparency)

동일한 인자에 대해 항상 동일한 결과를 반환해야 한다.
참조 투명성을 통해 기존의 값은 변경되지 않고 유지된다.(Immutable Data)

비상태, 불변성 (Stateless, Immutability)

데이터는 변하지 않는 불변성을 유지해야 한다.
데이터의 변경이 필요한 경우, 원본 데이터 구조를 변경하지 않고 그 데이터의 복사본을 만들어서 그 일부를 변경하고, 변경한 복사본을 사용해 작업을 진행한다.

선언형 함수 (Expressions)

선언형 프로그래밍과 마찬가지로 if,switch,for 등 명령문을 사용하지 않고 함수형 코드로 사용해야한다.

순수 함수 (Pure Function)

위의 부수 효과들을 제거한 함수들
함수형 프로그래밍에서 사용하는 함수
동일한 입력에는 항상 같은 값을 반환하는 함수
- 예를 들어, a를 입력으로 받았을 때 전역 변수인 b를 참조하여 연산한다면 전역 변수의 값에 따라 다른 값을 출력하기 때문에 순수 함수가 아니다?
함수의 실행이 프로그램의 실행에 영향을 미치지 않아야 하는 함수

고차 함수 (Higher-order function)

함수를 인자로써 전달할 수 있어야 한다.
함수의 반환 값으로 또 다른 함수를 사용할 수 있다.
console.log(sum(1+2));

장단점

장점

높은 수준의 추상화를 제공한다
함수 단위의 코드 재사용이 수월하다
불변성을 지향하기 때문에 프로그램의 동작을 예측하기 쉬워진다

단점

순수함수를 구현하기 위해서는 코드의 가독성이 좋지 않을 수 있다
함수형 프로그래밍에서는 반복이 for문이 아닌 재귀를 통해 이루어지는데 (deep copy), 재귀적 코드 스타일은 무한 루프에 빠질 수 있다
순수함수를 사용하는 것은 쉬울 수 있지만 조합하는 것은 쉽지 않다

프로그래밍 예시

public class WordProcessTest {

    private final List<String> words = Arrays.asList("TONY", "a", "hULK", "B", "america", "X", "nebula", "Korea");

    @Test
    void wordProcessTest() {
        String result = words.stream()
                .filter(w -> w.length() > 1)
                .map(String::toUpperCase)
                .map(w -> w.substring(0, 1))
                .collect(Collectors.joining(" "));

        assertThat(result).isEqualTo("T H A N K");
    }
}

참고 : [MangKyu's Diary:티스토리] / [JONMINFIRE.DEV](https://jongminfire.dev/%ED%95%A8%EC%88%98%ED%98%95-%ED%94%84%EB%A1%9C%EA%B7%B8%EB%9E%98%EB%B0%8D%EC%9D%B4%EB%9E%80) / [teo.log](https://velog.io/@teo/functional-programming)