[코틀린] reduce, fold 함수

코틀린에는 컬렉션에 있는 요소를 누적해서 더하여 반환하는 reduce, fold 함수가 있습니다.

함수 뜯어보기

reduce

public inline fun <S, T : S> Iterable<T>.reduce(
    operation: (S, T) -> S
): S

reduce의 초기값은 컬렉션의 첫번째 요소고, 반환 값은 컬렉션의 자료형이 되는 것을 알 수 있습니다.

fold

public inline fun <T, R> Iterable<T>.fold(
    initial: R,
    operation: (R, T) -> R
): R

fold의 초기값은 파라미터를 통해 자유롭게 정할 수 있으며, 반환 값은 초기값의 자료형이 되는 것을 알 수 있습니다.

작성 방법

1부터 10까지 합 구하기

1부터 10까지의 정수가 담긴 List의 누적합을 구할때, 다음과 같이 사용합니다. reduce는 리스트의 첫번째 요소를 초기값으로 사용하고, fold는 argument로 초기값을 지정해주어야 합니다.

fun main(args: Array<String>) {
    val numbers = (1..10).toList()

    // total의 초기값은 numbers[1]로 시작한다.
    val sumUsingReduce = numbers.reduce {total, num ->
        total + num
        }
    println(sumUsingReduce) // 55

    // total의 초기값은 100으로 시작한다.
    val sumUsingFold = numbers.fold(100) { total, num ->
        total + num
        }
    println(sumUsingFold) // 155
}

첫 번째 요소에 따른 예외사항

위 코드를 보면 reduce와 fold는 상당히 유사해 보입니다. 그러나, 다음과 같은 코드에서 reduce를 이용하면 의도한 값과는 다른값이 반환됩니다.

다음 코드는 1 부터 5까지의 각 요소에 2를 곱한 값을 누적하여 반환합니다.

fun main(args: Array<String>) {
    val numbers = (1..5).toList()

    // total의 초기값은 numbers[1]로 시작한다.
    val sumUsingReduce = numbers.reduce {total, num ->
        total + num * 2
        }
    println(sumUsingReduce) // 29(?)

    // total의 초기값은 0으로 시작한다.
    val sumUsingFold = numbers.fold(0) { total, num ->
        total + num * 2
        }
    println(sumUsingFold) // 30
}

의도한 값은 30입니다. 그러나 reduce를 사용하면 29라는 잘못된 값이 나옵니다. 그 이유는 reduce는 다음 코드와 같이 초기값을 첫번째 요소로 정해놓고 다음 요소부터 연산을 시작하기 때문입니다.

fun reduce(numbers: List<Int>): Int{
    var total = numbers[0] // 첫번째 요소는 초기값으로 들어간다.
    for (i in 1 until numbers.size) {
        val num = numbers[i] // 그 다음 요소부터 연산 시작
        total += num * 2
    }
    return total
}

따라서 첫 번째 요소도 연산에 포함시키고 싶을 경우, fold를 사용하셔야합니다.

Empty 리스트에 따른 반환값

앞서 설명했듯, reduce는 반환 자료형은 리스트의 자료형을 반환합니다. 그에 반면, fold는 argument로 전달한 초기값의 자료형을 반환합니다.

그렇다면 비어있는 리스트에 대해서는 어떤 값을 반환할까요? 다음 코드와 같이 reduce를 사용해봅시다.

    val numbers = intArrayOf()

    // total의 초기값은 numbers[1]로 시작한다.
    val sumUsingReduce = numbers.reduce {total, num ->
        total + num
        }
    println(sumUsingReduce)

코드를 입력하고 실행해보면, 런타임에서 다음과 같은 오류메세지를 띄웁니다.

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException: Empty array can't be reduced.
	at MainKt.main(Main.kt:21)

그 이유는 간단합니다. 초기값을 total에 할당하고 연산을 시작해야 하는데 할당할 값이 없다는거죠.

그렇다면 초기값을 할당한 fold에서는 결과가 나올까요?

fun main(args: Array<String>) {
    val numbers = intArrayOf()

    // total의 초기값은 0으로 시작한다.
    val sumUsingFold = numbers.fold(11) { total, num ->
        total + num
        }
    println(sumUsingFold)
}
<Console>
11

코드를 입력하고 실행하면 런타임 오류 없이 초기값이 출력되는 것을 보실 수 있습니다.

마치며

이번 포스팅에서는 collection을 누적하여 계산해주는 reduce, fold 함수에 대해 알아보았는데요, fold 함수는 런타임 에러에도 안전하고, 더 세밀한 계산이 가능했습니다. 그에 반해 reduce 함수는 런타임에러에 안전하지 못하고 다소 불안정해 보입니다. reduce만의 장점을 아시는 분들은 댓글로 남겨주시기 바랍니다.

Reference

[Kotlin] reduce 와 fold: https://blog.leocat.kr/notes/2020/03/09/kotlin-reduce-and-fold