JavaScript - 제너레이터

주세환·2024년 3월 29일
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제너레이터란?

일반 함수는 하나의 값(혹은 0개의 값)만을 반환합니다.

하지만 제너레이터(generator)를 사용하면 여러 개의 값을 필요에 따라 하나씩 변환(yield)할 수 있습니다.

제너레이터와 이터러블 객체를 함께 사용하면 손쉽게 데이터 스트림을 만들 수 있습니다.

제너레이터 함수

제너레이터를 만들려면 '제너레이터 함수'라 불리는 특별한 문법 구조, function* 이 필요합니다.

예시 )

function* generateSequence(){
  yield 1;
  yield 2;
  return 3;
}

제너레이터 함수는 일반 함수와 동작 방식이 다릅니다. 제너레이터 함수를 호출하면 코드가 실행되지 않고, 대신 실행을 처리하는 특별 객체, 제너레이터 객체가 변환됩니다.

예시)

function* generateSequence(){
  yield 1;
  yield 2;
  return 3;
}

// '제너레이터 함수'는 '제너레이터 객체'를 생성합니다.
let generator = generateSequence();
console.log(generator); // [Object Generator]

함수 본문 코드는 아직 실행되지 않았습니다.

next()는 제너레이터의 주요 메서드입니다.

next()를 호출하면 가장 가까운 yield <value>문을 만날 때까지 실행이 지속됩니다.(value를 생략할 수도 있는데, 이 경우엔 undefined가 됩니다)

이후, yield <value>문을 만나면 실행이 멈추고 산출하고자 하는 값인 value가 바깥 코드에 반환됩니다.

next()는 항상 아래 두 프로퍼티를 가진 객체를 반환합니다.

  • value : 산출 값
  • done : 함수 코드 실행이 끝났으면 true, 아니라면 false

제너레이터를 만들고 첫 번째 산출 값을 받는 예시를 살펴봅시다.

function* generateSequence() {
  yield 1;
  yield 2;
  return 3;
}

let generator = generateSequence();

let one = generator.next();

console.log(JSON.stringify(one)); // {value: 1, done: false}

첫 번째 값만 받았으므로 함수 실행은 두 번째 줄에서 멈췄습니다.

let two = generator.next();

console.log(JSON.stringify(two)); // {value: 2, done: false}

generator.next()를 다시 호출해봅시다. 실행이 재개되고 다음 yield를 반환합니다.

let three = generator.next();

console.log(JSON.stringify(three)); // {value: 3, done: true}

generator.next()를 또 호출하면 실행은 return문에 다다르고 함수가 종료됩니다.

마지막 결과인 value : 3과 done:trye를 통해 종료된 것을 확인할 수 있습니다.

let four = generator.next();

console.log(JSON.stringify(four));

제너레이터가 종료되었기 때문에 지금 상태에선 generator.next()를 호출해도 아무 소용이 없습니다.

generator.next()를 여러번 호출해도 객체 {done: true}가 반환될 뿐입니다.

제너레이터와 이터러블

next() 메서드를 보면서 짐작했듯이, 제너레이터는 이터러블입니다.

따라서 for..of 반복문을 사용해 값을 얻을 수 있습니다.

function* generateSequence(){
  yield 1;
  yield 2;
  return 3;
}

let generator = generateSequence();

for(let value of generator){
  console.log(value);
}

1, 2만 출력되고 3은 출력되지 않습니다.

그 이유는 for..of 이터레이션이 done: true 일 때 마지막 value를 무시하기 때문입니다. 그러므로 for..of를 사용했을 때 모든 값이 출력되길 원한다면 yield로 값을 반환해야 합니다.

function* generateSequence(){
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

let generator = generateSequence();

for(let value of generator){
  console.log(value);
}

모든 값이 정상적으로 반환되는 모습

제너레이터는 이터러블 객체이므로 제너레이터에도 전개 구문(...)같은 관련 기능을 사용할 수 있습니다.

function* generateSequence(){
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

let sequence = [0, ...generateSequence()];

console.log(sequence)

위 예시에서 ...generateSequence()는 반복 가능한 제너레이터 객체를 배열 요소로 바꿔줍니다.

이터러블 대신 제너레이터 사용하기

from..to 사이에 있는 값을 반환하는 반복 가능 객체, range를 만들어 보았습니다.

let range = {
  from: 1,
  to: 5,

  // for..of 최초 호출 시, Symbol.iterator가 호출됩니다.
  [Symbol.iterator]() {
    // Symbol.iterator는 이터레이터 객체를 반환합니다.
    // for..of는 반환된 이터레이터 객체만을 대상으로 동작하는데, 이때 다음 값도 정해집니다.
    return {
      current: this.from,
      last: this.to,

      // for..of 반복문에 의해 각 이터레이션마다 next()가 호출됩니다.
      next() {
        // next()는 객체 형태의 값, {done:.., value :...}을 반환해야 합니다.
        if (this.current <= this.last) {
          return { done: false, value: this.current++ };
        } else {
          return { done: true };
        }
      }
    };
  }
};

// 객체 range를 대상으로 하는 이터레이션은 range.from과 range.to 사이의 숫자를 출력합니다.
console.log([...range]); // 1,2,3,4,5

Symbol.iterator 대신 제너레이터 함수를 사용하면, 제너레이터 함수로 반복이가능합니다.

같은 range이지만, 좀 더 압축된 range를 살펴봅시다.

let range = {
  from: 1,
  to: 5,
  
  *[Symbol.iterator]() { // [Symbol.iterator]: function*()를 짧게 줄임
    for(let value = this.from; value <= this.to; value++){
      yield value;
    }
  }
};

console.log([...range]);

range[Symbol.iterator]()는 제너레이터를 반환하고, 제너레이터 메서드는 for..of가 동작하는데 필요한 사항(아래 설명)을 충족시키므로 예시가 잘 동작합니다.

  • .next() 메서드가 있음
  • 반환 값의 형태는 {value: ..., done: true/false} 이어야 함

이렇게 이터러블 객체 대신 제너레이터를 사용할 수 있는 것은 우연이 아닙니다. 제너레이터는 이터레이터를 어떻게 하면 쉽게 구현할지를 염두에 두며 자바스크립트에 추가되었습니다.

제너레이터를 사용해 구현한 예시는 이터러블을 사용해 구현한 기존 예시보다 훨씬 간결합니다. 그리고 동일한 기능을 제공합니다.

제너레이터 컴포지션

제너레이터 컴포지션(generator composition)은 제너레이터 안에 제너레이터를 '임베딩(embedding, composing)'할 수 있게 해주는 제너레이터의 특별 기능입니다.

먼저, 연속된 숫자를 생성하는 제너레이터 함수를 만들어보겠습니다.

function* generateSequence(start, end) {
  for(let i = start; i <= end; i++) yield i;
}

그리고 이 함수를 기반으로 좀 더 복잡한 값을 연속해서 생성하는 함수를 만들어봅시다.

  • 숫자 0부터 9까지 생성(문자 코드 48부터 57까지)
  • 알파벳 대문자 A부터 Z까지 생성(문자 코드 65부터 90까지)
  • 알파벳 소문자 a부터 z까지 생성(문자코드 97부터 122까지)

이런 규칙을 충족하는 연속 값은 비밀번호를 만들 때 응용할 수 있습니다.(특수 문자도 추가 가능)

일반 함수로는 여러 개의 함수를 만들고 그 호출 결과를 어딘가에 저장한 후 다시 그 결과들을 조합해야 원하는 기능을 구현할 수 있습니다.

하지만 제너레이터의 특수 문법 yield*를 사용하면 제너레이터를 다른 제너레이터에 '끼워 넣을 수' 있습니다.

컴포지션을 적용한 제너레이터

function* generateSequence(start, end) {
  for(let i = start; i <= end; i++) yield i;
}

function* generatePasswordCodes() {
  
  // 0~9
  yield* generateSequence(48, 57);
  
  // A~Z
  yield* generateSequence(65, 90);
  
  // a~z
  yield* generateSequence(97, 122);
  
}

let str = '';

for(let code of generatePasswordCodes()) {
  str += String.fromCharCode(code);
}

console.log(str);

순서대로 0~9, A~Z, a~z가 출력되는 모습

yield* 지시자는 실행을 다른 제너레이터에 위임합니다(delegate). 여기서 '위임'은 yield* gen이 제너레이터 gen을 대상으로 반복을 수행하고, 산출 값들을 바깥으로 전달한다는 것을 의미합니다. 마치 외부 제너레이터에 의해 값이 선출된 것처럼 말이죠.

중첩 제너레이터의 코드를 직접 써줘도 결과는 같습니다.

function* generateSequence(start, end) {
  for (let i = start; i <= end; i++) yield i;
}

function* generateAlphaNum() {

  // yield* generateSequence(48, 57);
  for (let i = 48; i <= 57; i++) yield i;

  // yield* generateSequence(65, 90);
  for (let i = 65; i <= 90; i++) yield i;

  // yield* generateSequence(97, 122);
  for (let i = 97; i <= 122; i++) yield i;

}

let str = '';

for(let code of generateAlphaNum()) {
  str += String.fromCharCode(code);
}

console.log(str); // 0..9A..Za..z

같은 결과가 나오는 모습을 확인할 수 있습니다.

제너레이터 컴포지션을 사용하면 한 제너레이터의 흐름을 자연스럽게 다른 제너레이터에 삽입할 수 있습니다. 제너레이터 컴포지션을 사용하면 중간 결과 저장 용도의 추가 메모리가 필요하지 않습니다.

'yield'를 사용해 제너레이터 안/밖으로 정보 교환하기

제너레이터는 값을 생성해주는 특수 문법을 가진 이터러블 객체와 유사했습니다. 그러나 사실 제너레이터는 더 강력하고 유연한 기능을 제공합니다.

yield가 양방향 길과 같은 역할을 하기 때문입니다. yield는 결과를 바깥으로 전달할 뿐만 아니라 값을 제너레이터 안으로 전달하기까지 합니다.

값은 안/밖으로 전달하려면 generator/next(arg)를 호출해야 합니다. 이때 인수 arg는 yield의 결과가 됩니다.

function* gen() {
  // 질문을 제너레이터 밖 코드로 던지고 답을 기다립니다.
  let result = yield "2 + 2 = "; // (*)
  
  console.log(result);
}

let generator = gen();

let question = generator.next().value;  // <-- yield는 value를 반환합니다.

generator.next(4); // --> 결과를 제너레이터 안으로 전달합니다.

  1. generator.next()를 처음 호출할 땐 항상 인수가 없어야 합니다. 인수가 넘어오더라도 무시되어야 합니다.
    generator.next()를 호출하면 실행이 시작되고 첫 번째 yield "2+2=?"의 결과가 반환됩니다. 이 시점에는 제너레이터가 (*)로 표시한 줄에서 실행을 잠시 멈춥니다.

  2. 그 후, 위 그림에서 보듯이 yield의 결과가 제너레이터를 호출하는 외부 코드에 있는 변수, question에 할당됩니다.

  3. 마지막 줄, generator.next(4)에서 제너레이터가 다시 시작되고 4는 result에 할당됩니다(let result = 4)

외부 코드에선 next(4)를 즉시 호출하지 않고 있습니다. 제너레이터가 기다려주기 때문에 호출을 나중에 해도 문제가 되지 않습니다.

예시 :

// 일정 시간이 지난 후에 제너레이터가 다시 시작됨
setTimeout(() => generator.next(4), 1000);

일반 함수와 다르게 제너레이터와 외부 호출 코드는 next/yield를 이용해 결과를 전달 및 교환합니다.

예시 : 

function* gen() {
  let ask1 = yield "2 + 2 = ?";
  
  console.log(ask1); // 4
  
  let ask2 = yield "3 * 3 = ?";
  
  console.log(ask2); // 9
}

let generator = gen();

console.log( generator.next().value ); // "2 + 2 = ?"

console.log( generator.next(4).value ); // "3 + 3 = ?"

console.log( generator.next(9).done ); // true

실행 흐름을 나타낸 그림은 다음과 같습니다.

  1. 제너레이터 객체가 만들어지고 첫 번째 .next()가 호출되면, 그 실행이 시작되고 첫 번째 yield에 다다릅니다.

  2. 산출 값은 바깥 코드로 반환됩니다.

  3. 두 번째 .next(4)는 첫 번째 yield의 결과가 될 4를 제너레이터 안으로 전달합니다. 그리고 다시 실행이 이어집니다.

  4. 실행 흐름이 두 번째 yield에 다다르고, 산출값("3 * 3 = ?")이 제너레이터 호출 결과가 됩니다.

  5. 세 번째 next(9)는 두 번째 yield의 결과가 될 9를 제너레이터 안으로 전달합니다. 그리고 다시 실행이 이어지는데, done: true이므로 제너레이터 함수는 종료됩니다.

첫 번째 next()를 제외한 각 next(value)는 현재 yield의 결과가 될 값을 제너레이터 안에 전달합니다. 그리고 다음 yield의 결과로 되돌아옵니다.

generator.throw

yield의 결과가 될 값을 제너레이터 안에 전달하기도 합니다.

그런데 외부 코드가 에러를 만들거나 던질 수 있습니다. 에러는 결과의 한 종류이기 때문에 이는 자연스러운 현상입니다.

에러를 yield 안으로 전달하려면 generator.throw(err)를 호출해야 합니다. generator.throw(err)를 호출하게 되면 err는 yield가 있는 줄로 던져집니다.

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