함수형 프로그래밍이란..?

roach·2021년 1월 18일

자바 함수형프로그래밍

Java

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함수형 프로그래밍이란 ?

말 그대로 함수를 이용한 프로그래밍으로, 함수를 인자값으로 사용하거나 리턴값으로 사용할 수 있으며, 순수 함수를 만들어 모듈화 수준을 높이는 프로그래밍

특징

함수가 1등 시민이 된다.
함수를 타입으로 지정할 수 있다.
함수를 인자값으로 넘길 수 있다.
함수를 리턴값으로 받을 수 있다.

1급 객체란?

1급 함수라고도 하며 보통 자바스크립트를 배울때 많이 나오는 내용이나, 자바에서는 함수형 인터페이스를 통해 구현 이 가능합니다.

특징
- 변수나 데이터 구조안에 넣을 수 있다.
- 파라미터로 전달 할 수 있다.
- 동적으로 프로퍼티 할당이 가능
- 리턴값으로 사용할 수 있다.

순수함수란 ?

입력값이 동일하면 결과가 동일하게 리턴되는 함수. (Test 할때 정확도)
쉽게 설명하면 add 라는 함수는 10, 5 라는 두 개의 정수가 인자값으로 오면, 무조건 15를 리턴한다.
순수함수가 아닌 함수와 순수함수인 함수의 예시는 아래와 같다.
두번째 함수는 순수함수가 아니다. 왜냐하면 밖에서 C의 값을 바꿔주면, C는 다른 값을 리턴한다.
인자로 입력받는 함수도 순수 함수여야 한다.
함수에서 인자를 변경하거나, 프로그램의 상태를 변경하지 않음

# Ex01
function add(a,b)
	return a+b;

# Ex 02
function add(a,b)
	return a+b+this.c

주요 관심사항

Side-Effect(부작용)

Side-Effect 가 일어나게 해서는 안됨. 즉 인자로 단순히 Object 를 넘겨주는 것이 아닌 Function 내 에서 새로운 Object 를 생성하여 전달해 주어야 함.

static Function<Integer, Set<Integer>> factors = (number) -> {
      HashSet<Integer> factors = new HashSet<>(); // 기존 HashSet 을 받는것 보다, 다른걸 사용
        IntStream range = IntStream.rangeClosed(1, (int) Math.sqrt(number));
        range.forEach(ele -> {if(isFactor.apply(number, ele)){factors.add(ele); factors.add(number / ele);}});
      return factors;
    };

// 만약에 받아와야 되는 상황이라면 ?

static BiFunction<Integer, Set<Integer>, Set<Integer>> factors = (number, originalSet) -> {
      HashSet<Integer> factors = Set.copyOf(originalSet); // 기존 HashSet 을 받아서 복사하여 사용
        IntStream range = IntStream.rangeClosed(1, (int) Math.sqrt(number));
        range.forEach(ele -> {if(isFactor.apply(number, ele)){factors.add(ele); factors.add(number / ele);}});
      return factors;
    };

함수를 인자로 전달

static public boolean isDeficient(Function<Integer, Set<Integer>> factors, int number) {
        return sum(factors.apply(number)) - number < number;
		}

멀티쓰레드에서도 안전한가?

그림에서 보듯 Thread 1 의 4 와 , Thread 2 의 4 는 deficient 라는 Type 이라고 정확하게 됨. 객체를 생성하여 사용하므로, 서로 다른 영향을 끼칠 수 없음.

불변성

심볼의 값이 변경되지 않는가? 일단 받아온 객체들은 전부 가변적으로 복사되기 때문에 외부 참조로 인해서 값이 변경될 수 없음. 외부에서 로직도중에 original Set 을 바꾸더라도 의미가 없음. 해당 로직진행은 originalSet 을 복사한 copySet 인 factors 로 진행이 되므로(다른 객체이므로 JVM에서 다른 힙영역을 가지기 때문에)

static BiFunction<Integer, Set<Integer>, Set<Integer>> factors = (number, originalSet) -> {
      HashSet<Integer> factors = Set.copyOf(originalSet); // 기존 HashSet 을 받아서 복사하여 사용
        IntStream range = IntStream.rangeClosed(1, (int) Math.sqrt(number));
        range.forEach(ele -> {if(isFactor.apply(number, ele)){factors.add(ele); factors.add(number / ele);}});
      return factors;
    };

Java 는 True Closure 를 지원하지 않는다 ?

Closure 란?

자바스크립트에서 중요한 개념중 하나로 함수형 프로그래밍을 돕기위해 생긴 개념 이라고 보면되고 사전적 정의는 아래와 같다.
클로저는 함수와 그 함수가 선언됐을 때의 렉시컬 환경(Lexical environment)과의 조합이다. 간단하게 말하면 외부 범위의 변수를 함수 내부로 바인딩하는 과정이다. 특이한 점은 자신을 둘러싼 외부함수가 종료되어도 이 값이 유지가 된다. (원래는 유지 되지 않음) 그니까 클로저는 lexical enviroment 를 담는다? 라는 표현이 옳은것 같다. 사실 한글로는 잘 표현못하겠따.
클로저는 반환된 내부함수가 자신이 선언됬을때의 환경인 스코프를 기억하여, 자신이 선언됐을 때의 환경밖에서 호출되어도 그 환경에 접근할 수 있는 함수를 말한다. 아래는 자바스크립트의 클로저 예시이다. 자바스크립트의 클로저를 모른다면, 자바스크립트 엔진에 대해서 조금은 공부를 한다면 아래의 코드를 이해할 수 있을 것이다.

function a(){
	let x = 10;
	var innerFunc = fuction() {console.log(x);}
}

function b(x){
		console.log(1 + x);
}

a() // 10

function a(){
	let x = 10;
	var innerFunc = fuction() {console.log(x);}
	return innerFunc;
}

function b(x){
		console.log(1 + x);
}

var inner = b(); 
inner(); // 10

클로저 안되는 이유?

@Pyro(고정완) 에게 남긴 답변

계속 어떻게 구현할 수 있나 찾아보려고 하고 있는데, 제 한계로는 제일 비슷한 구현은 이거네요..

public static void main(String[] args) {
    a();
}

public static void a(){
    Supplier<Integer> callout = add.apply(10);
    Integer integer = callout.get();
    System.out.println("after : " + integer);
}

static Function<Integer, Supplier<Integer>> add = (number) -> {
    int x = 10;
    Supplier<Integer> supplier = () -> {
        System.out.println("Before : " + x);
        return x;
    };
    return supplier;
};

결과값은

Before : 10 after : 10입니다.

그런데 출력값만 비슷하지, 만약 클로저처럼 외부 스코프의 값을 바인딩 해온뒤 참조할 수 있는 일이라면

static Function<Integer, Supplier<Integer>> add = (number) -> {
    int x = 10;
    System.out.println("Inner : " + x);
    Supplier<Integer> supplier = () -> {
        System.out.println("Before : " + x);
        x += 10;
        System.out.println();
        return x;
    };
    return supplier;
};

아래의 코드도 작동해야 할텐데, lamdba 는 최종적인형태로 되어야 한다며 되지않습니다. 아마 자바에서 지원하는 람다는 값을 복사하여 유지하는 것 같습니다. 아마 람다가 들여오는 값조차 final 로 인식하여 들여오기에 새로운값을 할당하지 못하는 것이 아닌가? 이런 추측이 드네요. 그래서 오류가 나는것이 아닐까?클로저는 외부 변수를 참조하고, 람다는 매개변수만 참조하는 목적성인것 같은데 혹시 파이로 생각은 어떤가요??

추신

K 가 내가 잘못생각했던것을 짚어줘서 함수형 프로그래밍에 대해서 다시 생각하고, 다른 방식으로 코드를 다시 작성해 볼 수 있었다. 두가지 방식으로 작성해서 차이를 보니, BiFunction 이나 Function 은 Interface 를 값이 아닌 함수를 넘겨 받는 형식의 방식으로 설계할때 쓰면 좋을 듯한 느낌이 들었다.
August 가 올려준 유튜브 링크는 재밌고, 쉽게 설명해주는것 같아 좋았다 ㅋㅋㅋㅋ
너무 많이 질문한게 아닌가란 생각이든다? 근데 덕분에 많이배운것 같다.