FP in JS (자바스크립트로 접해보는 함수형 프로그래밍) - Applicative Functor

nakta·2019년 12월 31일
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자바스크립트로 하는 함수형 프로그래밍에 대해서 글을 써볼까 합니다. 우연한 기회로 함수형 프로그래밍에 대한 관심을 갖게 됐고, 프론트엔드 개발을 하면서 적용했던 함수형 프로그래밍에 대해서 다뤄볼 예정입니다.

이번 글에서는 애플리케이티브 펑터에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 우선 애플리케이티브에 대해서 알아보기 전에 상황 하나를 같이 살펴보도록 하겠습니다.

책 두 권이 필요해

우리는 아래 책 목록에서 책 두 권을 찾은 다음 title 값을 하나의 스트링으로 변환하는 작업을 하려고 합니다.

const books = [
  { id: 'book1', title: 'coding with javascript', author: 'Chris Minnick, Eva Holland' },
  { id: 'book2', title: 'speaking javaScript', author: 'Axel Rauschmayer' },
];

id로 책을 가져오는 함수를 만듭니다.

const getBookById = curry((books, id) => {
  return pipe(
    find(propEq('id', id)),
    Maybe.of
  )(books)
});

getBookById(books, 'book1'); // Just({id: 'book', ...})
getBookById(books, 'book2'); // Just({id: 'book', ...})

book1과 book2의 title을 연결하는 함수를 만들어 보도록 하겠습니다.

const concatBooksTitle = curry((book1, book2) => {
  return `${book1.title}, ${book2.title}`;
});

이제 함수를 조합해 보도록 하겠습니다. 책 두 권을 찾아서 concatBooksTitle 함수에 넘겨주면 원하는 값을 얻어낼 수 있을것 같습니다. 우리가 만든 getBookById로 책을 찾을 수 있습니다. 결과는 Maybe 타입 안에 들어있는 책이 반환됩니다. 하지만 문제는 concatBooksTitle 함수는 Just(book)이 아닌 책 그 자체를 받아야 한다는 점입니다.

getOrElse로 책 뽑아내기

그렇다면 getOrElse를 이용해서 책을 추출한 다음 concatBooksTitle에 넘기면 될것 같습니다.

concatBooksTitle(
  getBookById(books, 'book1').getOrElse(null),
  getBookById(books, 'book2').getOrElse(null),
); // coding with javascript, speaking javaScript

근데 이렇게 하면 문제가 있습니다. 만약 책을 찾지 못한다면 어떻게 될까요?

const result = concatBooksTitle(
  getBookById(books, 'book1').getOrElse(null),
  getBookById(books, 'book3').getOrElse(null),
); // TypeError: Cannot read property 'title' of null

book3라는 책이 없기 때문에 getOrElse에서 null이라는 값이 두 번째 파라미터로 넘겨지고 null에서 title을 접근하기 때문에 타입 에러가 발생합니다.

chain으로 책 뽑아내기

getOrElse를 이용하면 Maybe의 에러처리 능력을 잃게 되니 chain 메소드를 이용하도록 합시다.

getBookById(books, 'book1').chain((book1) => {
  return getBookById(books, 'book2').map((book2) => {
    return concatBooksTitle(book1, book2);
  });
}).getOrElse(null); // coding with javascript, speaking javaScript

getBookById(books, 'book1')의 결과값이 Just(book1)입니다. 여기에 chain으로 연결해서 getBookById(books, 'book2')를 실행한 결과를 반환하면 Just(book2)가 됩니다. 여기에 마지막으로 다시 한번 chain으로 연결해서 book1과 book2 파라미터를 이용해서 concatBooksTitle을 실행해 줍니다.

뭔가 코드도 복잡하고 제가 설명한 글도 많이 복잡하게 느껴지실겁니다. 코드가 점점 안으로 들어가는 모습을 보니 콜백 지옥을 연상케 하네요.

무엇이 문제인가?

왜 이렇게 코드가 복잡해지거나 에러 처리를 제대로 할수 없거나 하는 걸까요? 이유는 concatBooksTitle 함수가 파라미터 두개를 필요로 하는데 책을 찾는 함수가 Maybe 타입의 책을 반환하기 때문입니다.

이 두가지 상황이 합쳐지면서 코드가 복잡하게 변해버린거죠.

지금까지 우리가 살펴본 펑터와 모나드는 모두 상자안의 값과 일반 함수를 사용하는 형태였습니다. 그리고 함수는 상자 안의 값을 파라미터로 받지 않습니다.

// num, value는 상자에 있는 값이 아니다
const addMaybe = curry((num, value) => {
  return Maybe.of(num + value);
});

Maybe.of(1).map(add(2)); // Just(3)
Maybe.of(1).chain(addMaybe(2)); // Just(3)

눈가리고 아웅

그렇다면 어떻게 해결해야 우아하게 처리할 수 있을까요?

그럼 살짝만 생각을 바꿔서 상자 안의 값을 받아서 처리할 수 있는 함수가 있다면 좋을것 같습니다. 그러면, concatBooksTitle을 사용할때 아주 편하게 사용 가능해 질것 같습니다. 아래 코드처럼요.

concatBooksTitle(
  getBookById(books, 'book1'),
  getBookById(books, 'book2')
); // coding with javascript, speaking javaScript

그런데 여기서 concatBooksTitle이 상자를 받아처 처리 한다면 위에 복잡한 구현과 달라질게 없게 되겠죠. 단순히 복잡한 코드가 concatBooksTitle 함수 내부로 옮겨지는 것이 될테니까요.

const concatBooksTitle = curry((book1Maybe, book2Maybe) => {
  return book1Maybe.chain((book1) => {
    return book2Maybe.map((book2) => {
      return `${book1.title}, ${book2.title}`;
    });
  }).getOrElse(null); // coding with javascript, speaking javaScript
});

이런 구현은 우리가 진짜 원하는게 아닐것 같습니다.

애플리케이티브 펑터

이제 우리가 마주한 문제를 조금 더 멋지게 해결할 방법이 하나 있습니다. 애플리케이티브 펑터를 사용한 방법입니다.

애플리케이티브 펑터

  1. ap 메소드를 구현한 객체이다.
  2. ap 메소드는 상자 안에 든 값을 받아 이미 들고 있는 함수를 적용해서 상자 안의 새로운 값을 반환한다.

펑터나 모나드와 비슷하게 특정 조건을 만족하는 ap메소드를 구현한 객체라고 말할 수 있습니다.

두 번째 정의에서 보듯 상자 안에 들고있는 값은 함수입니다. 이런 형태가 되는거죠.

const addTwo = add(2);

Maybe.of(addTwo); // Just(function add() {...})

여기에 ap 메소드로 넘겨주는 파라미터는 상자 안에 든 값입니다. 이렇게 넘겨준 상자 안의 값을 꺼내서 이미 들고 있던 함수에 적용한다고 생각하면 됩니다. 그리고 함수자와 마찬가지로 상자를 반환해 줍니다.

Maybe.of(addTwo).ap(Maybe.of(1)); // Just(3)

ap 구현

이제 애플리케이티브 펑터에 대해서 알았으니 실제로 구현해보도록 하겠습니다. Maybe에 ap 메소드를 추가해봅시다.

ap(m) {
  return m.map(this.$value);
}

구현 자체는 매우 간단합니다. 하나씩 살펴볼까요?

이미 상자 안의 $value는 함수입니다.

Maybe.of(addTwo).ap(Maybe.of(1));

ap 메소드에서 this.$value를 addTwo로 대치하면 m.map(addTwo)라고 쓸 수 있습니다.

그리고 ap의 파라미터인 m은 값이 든 Maybe 입니다. 위 코드에서 보기 쉽게 바꾸면 Maybe.of(1).map(addTwo)가 됩니다.

어떠신가요? 우리가 계속해서 봤던 패턴과 같습니다.

Maybe.of(1).map(addTwo) === Maybe.of(addTwo).ap(Maybe.of(1));

사실 이렇게 보면 굳이 ap가 왜 필요할까 하는 생각이 들 수 있습니다. 오히려 펑터를 이용하면 더 간단하게 해결할 수 있는데 한 번 더 꼬아서 생각해야 하기 때문이죠. 하지만 ap가 아주 강력한 힘을 발휘하는 순간이 있습니다. 우리가 앞서 살펴봤던 concatBooksTitle 함수처럼 파라미터 두개 이상 필요한 상황입니다.

왜그런지 약간 억지스러운 예제로 바꿔서 살펴보겠습니다. concatBooksTitle 함수 내부에 책 한 권은 고정으로 들고 있고 나머지 한 권만 파라미터로 받는 상황으로 바꿔보겠습니다.

const concatBooksTitle = (postBook) => {
  const preBook = { id: 'book1', title: 'coding with javascript', author: 'Chris Minnick, Eva Holland' };
  
  return `${preBook.title}, ${postBook.title}`;
};

getBookById(books, 'book2')
  .map(concatBooksTitle)
  .getOrElse(null); // coding with javascript, speaking javaScript

아주 간단해 지죠. 우리의 코드가 복잡했던 이유는 concatBooksTitle 함수가 책 두 권을 필요로 했기 때문입니다.

애플리케이티브 펑터로 해결해보자

이제 ap가 얼마나 강력한지 살펴보도록 하겠습니다. 우리가 위에서 아주 더럽게 짠 코드를 ap를 이용해서 다시 구현해보겠습니다.

const concatBooksTitle = curry((book1, book2) => {
  return `${book1.title}, ${book2.title}`;
});

Maybe.of(concatBooksTitle)
  .ap(getBookById(books, 'book1'))
  .ap(getBookById(books, 'book2'))
  .getOrElse(null); // coding with javascript, speaking javaScript

어떠신가요? 놀랍지 않나요? 이전 코드에 비해서 아주 간단해졌습니다.

어떻게 된걸까?

이제 애플리케이티브 펑터가 어떻게 값을 처리했는지 하나씩 살펴보도록 하겠습니다.

// Maybe의 ap 메소드
ap(m) {
  return m.map(this.$value);
}


Maybe.of(concatBooksTitle)
  .ap(getBookById(books, 'book1'))
  .ap(getBookById(books, 'book2'))
  .getOrElse(null);

첫 번 째 줄을 실행하면 Just(concatBooksTitle)가 됩니다.

Maybe.of(concatBooksTitle)

여기에 ap 메소드를 이용해서 Just(book1)을 넘겨 주었죠.

Maybe.of(concatBooksTitle)
  .ap(getBookById(books, 'book1'))

ap 메소드의 구현부를 대치하면 this.$value가 concatBooksTitle이 됩니다. 그러면 이런 모습이 됩니다. m.map(concatBooksTitle)

그리고 m을 Just(book1)으로 대치하겠습니다. 이제 이렇게 바뀝니다. Just(book1).map(concatBooksTitle)

이 문장을 실행하면 결과는 책 한권을 받는 새로운 함수가 this.$value에 저장됩니다. 왜냐하면 concatBooksTitle 함수가 커리 함수기 때문에 두 권의 책을 모두 받기 전까지는 함수를 반환하기 때문이죠.

현재 상태는 Just(책 한권이 더 필요한 concatBooksTitle 함수) 라고 표현할 수 있습니다.

Maybe.of(concatBooksTitle)
  .ap(getBookById(books, 'book1'))
  .ap(getBookById(books, 'book2'))

여기에 .ap(getBookById(books, 'book2'))를 실행하면 ap 메소드의 구현을 다시 대치시킨 결과는 다음과 같습니다.

Just(book2).map(책 한권이 더 필요한 concatBooksTitle 함수)

이 실행 결과는 Just('coding with javascript, speaking javaScript') 우리가 원하는 값이 Maybe 타입 안으로 들어가게 됩니다.

마지막으로 getOrElse를 이용해서 책 제목이 함쳐진 문자열을 뽑아낼 수 있습니다.

애플리케이티브 vs 모나드

우리가 처음 구현했던 모나드 방식과 오늘 살펴본 애플리케이티브 방식을 한번 비교해 보겠습니다.

모나드

getBookById(books, 'book1').chain((book1) => {
  return getBookById(books, 'book2').map((book2) => {
    return concatBooksTitle(book1, book2);
  });
}).getOrElse(null); // coding with javascript, speaking javaScript

애플리케이티브

Maybe.of(concatBooksTitle)
  .ap(getBookById(books, 'book1'))
  .ap(getBookById(books, 'book2'))
  .getOrElse(null); // coding with javascript, speaking javaScript

사람마다 성향의 차이가 있겠지만 저는 개인적으로 애플리케이티브를 이용해서 구현한 쪽이 더 깔끔한 느낌이 강한것 같습니다.

포인트프리 스타일의 ap

이제 한 단계 더 나가서 함수 합성시 유용한 함수를 살펴보겠습니다.

위 예제를 pipe로 연결하려면 어떻게 해야 할까요?

const getOrElse = curry((defaultValue, maybe) => {
  return maybe.isNothing ? defaultValue : maybe.$value;
});

pipe(
  Maybe.of,
  maybe => maybe.ap(getBookById(books, 'book1')),
  maybe => maybe.ap(getBookById(books, 'book2'))
  getOrElse(null)
)(concatBooksTitle); // coding with javascript, speaking javaScript

이렇게 하면 위에 구현했던것과 같게 동작할것 같습니다. 두 번째와 세 번째로 넘겨준 함수 모양이 포인트프리 스타일이 아닙니다.

포인트프리 스타일로 코드를 작성하기 위해 도와줄 ap 함수를 만들어보도록 하겠습니다.

const ap = curry((valueMaybe, fnMaybe) => {
  return fnMaybe.ap(valueMaybe);
});

pipe(
  Maybe.of,
  ap(getBookById(books, 'book1')),
  ap(getBookById(books, 'book2')),
  getOrElse(null)
)(concatBooksTitle); // coding with javascript, speaking javaScript

값이 들어있는 Maybe와 함수가 들어있는 Maybe를 받아서 ap 메소드를 적용해주는 함수입니다.

이렇게 적용하면 전보다는 확실히 깔끔해진 느낌입니다. 여기서 멈추지 말고 조금만 바꿔보도록 하죠.

liftA

어차피 함수 하나와 상자 안에 든 파라미터를 받아서 ap 메소드를 실행하면 되기 때문에 이 동작을 하나의 함수로 만들면 조금더 깔끔한 코드를 만들 수 있을것 같습니다.

const liftA2 = curry((fn, af1, af2) => {
  return af.map(fn).ap(af2);
});

우리가 만든 concatBooksTitle 함수는 두 개의 파라미터를 받기 때문에 liftA2라는 함수 이름에 파라미터 갯수 2를 표현했습니다. liftA2의 첫 번째 파라미터로 실행하려고 하는 함수를 넘겨줍니다. 여기서는 concatBooksTitle이 되겠지요. 나머지 두 파라미터는 상자 안에 든 값을 넘겨주면 되겠습니다. Just(book1)Just(book2)가 되겠네요.

liftA2 함수를 이용해서 구현하면 아래와 같습니다.

liftA2(
  concatBooksTitle, 
  getBookById(books, 'book1'), 
  getBookById(books, 'book2')
).getOrElse(null); // coding with javascript, speaking javaScript

Maybe.of로 concatBooksTitle을 상자에 넣지 않고 한번에 처리할 수 있게 됐습니다.

liftA2는 파라미터 두 개를 받기 때문에 2를 붙였습니다. 이런 방식으로 파라미터 갯수에 따라 liftA뒤에 숫자를 붙여서 함수를 만들어 사용하면 되겠습니다.

const liftA2 = curry((fn, af1, af2) => {
  return af.map(fn).ap(af2);
});

const liftA3 = curry((fn, af1, af2, af3) => {
  return af.map(fn).ap(af2).ap(af3);
});

const liftA4 = curry((fn, af1, af2, af3, af4) => {
  return af.map(fn).ap(af2).ap(af3).ap(af4);
});

...

정리

펑터와 모나드에 이어 애플리케이티브 펑터에 대해서 알아봤습니다. 애플리케이티브 펑터가 되기 위해서는 ap 메소드를 구현해야 합니다.

ap 메소드는 상자에 들어있는 값을 받아 자신이 들고있는 함수를 적용시켜 반환합니다.

애플리케이티브 펑터가 유용한 경우는 함수가 두 개 이상의 파라미터를 받는 경우 입니다.

이 때 ap 메소드를 이용해서 상자 안에 든 값을 꺼내지 않고도 바로 적용할 수 있습니다.

다음은?

다음은 Traversable에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

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함수형 프로그래밍에 관심이 많은, 프런트엔드 개발자입니다.

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