[TIL] 1월 18일

yeon·2021년 1월 18일

TIL

함수형 프로그래밍

아래 블로그 내용 정리

함수형 프로그래밍 기초 (1) 왜 함수형 프로그래밍인가

[JAVA 8] - 함수형 프로그래밍(Functional Programming)

객체 지향 프로그래밍과 함수형 프로그래밍의 차이
- 상태를 관리하는 점
- 객체 지향은 객체 안에 상태를 저장해서 상태를 이용해서 기능을 구현한다.
- 함수형 프로그래밍은 상태를 제어하기 보다는 상태를 저장하지 않고 없애는데 주력한다. 함수 자체를 입력값이 들어가면 특정한 출력값이 나오는것으로 상태를 저장하지 않는다.
간결하게 코드를 작성할 수 있고, 객체 지향과 다른 방식으로 접근해야 한다.
함수형프로그래밍은 몇몇 자료구조(list, set, map)을 이용해 최적화된 동작을 만든다
위 블로그에서 예제 코드를 보았는데 이해가 안가서 스트림과 람다에 대해 학습해야할 것 같다.
부수 효과를 없애고 순수 함수를 만들어 모듈화 수준을 높이는 프로그래밍 패러다임
- 부수 효과란?
- 주어진 값(매개변수) 이외의 외부 요소들이 프로그램 실행에 영향을 끼치지 않아야 함
- 순수함수

1. 객체 지향은 명령형 프로그래밍이고, 함수형 프로그래밍은 선언형 프로그래밍이다.

객체 지향 프로그래밍에서는 데이터를 어떻게 처리할지에 대해 명령을 통해 해결했다면, 함수형 프로그래밍은 선언적 함수를 통해 무엇을 풀어나가야할지 결정하는 것

List<String> myList = Arrays.asList("c1", "a2", "b3", "4", "5");

// 기존 방식
for(int i = 0; i < myList.size(); i++){
    String s = myList.get(i);
    if(s.startsWith("c")){
        System.out.println(s.toUpperCase());
    }
}
// stream API를 이용한 방식 
myList.stream()
        .filter(s -> s.startsWith("c"))
        .map(String::toUpperCase)
        .forEach(System.out::println);

stram API를 이용한 방식을 보면 단순하게 함수를 선언함으로써 데이터를 내가 원하는 뱡향으로 처리해 나아가고 있다.

2. 함수형 프로그래밍에서 함수는 1급 객체여야 한다.

일급 객체 (first-class citizens, 일급 시민)
- 컴퓨터 프로그래밍 언어 디자인에서 일반적으로 다른 객체들에 적용 가능한 연산을 모두 지원하는 객체를 가르킨다. (무슨말인지 모르겠다...)
- 사용할 때 다른 요소들과 아무런 차별이 없다는 것을 뜻함

1급 객체란 다음 조건을 만족하는 객체이다.
- 변수나 데이터 구조안에 담을 수 있다.
- 파라미터로 전달할 수 있다.
- 반환값(return value)로 사용할 수 있다.
- 할당에 사용된 이름과 관계없이 고유한 구별이 가능하다.
- 동적으로 프로퍼티 할당이 가능하다. (프로퍼티 : 속성)
- 기존 데이터의 불변성(Immutable)
함수형 프로그래밍은 코드의 간결성이 증가 되었다.

블로그에 있는 예제코드들을 이해하기 위해서 람다식과 스트림에 대한 이해가 필요하다고 생각해서 자바의 정석 ch14 람다와 스트림 파트를 학습하였다.

함수형 인터페이스 (797p)

함수형 인터페이스는 단 하나의 추상 메서드만 가질 수 있다.
람다식은 익명객체이기 때문에 람다식을 다루기 위해서는 참조 변수가 필요하다.
- 이 참조 변수의 타입은 함수형 인터페이스로 한다.
- 단, 함수형 인터페이스의 메서드와 람다식의 매개변수 개수와 반환타입이 일치해야한다.
- 아래의 두 코드를 잘 비교해보자.
```
interface MyFunction {
		int max (int a, int b);
}

public class Exam {
		// MyFunction 인터페이스를 구현한 익명 객체 생성 
		MyFunction f = new MyFunction() {
						public int max(int a, int b) {
								return a > b ? a : b;
						}
		};
		int value = f.max(5, 3);   // 익명 객체의 메서드를 호출
}
```
- 위의 코드는 MyFunction 인터페이스를 정의하고, 이 인터페이스를 구현한 익명 클래스의 객체를 생성한 것이다.
  - 익명 클래스 : 클래스의 선언과 객체의 생성을 동시에 하는 이름없는 클래스 (일회용)
- 위의 코드를 람다식을 이용하여 아래와 같이 바꿀 수 있다.
```
@FunctionalInterface 
interface MyFunction {
		int max (int a, int b);
}

public class Exam {
		MyFunction f = (a, b) -> a > b ? a : b;
		int value = f.max(3, 5);
}
```
- 코드가 훨씬 간결해졌다.
- 람다식은 익명 객체이다.
- @FuncionalInterface 어노테이션을 추가해주면 알아서 컴파일러가 함수형 인터페이스 조건에 맞는지 검사해준다.
- MyFunction 타입의 참조변수 f는 람다식을 다루기 위한 참조변수 이다.

함수형 인터페이스 타입의 매개변수와 반환타입(798p)

매개변수가 함수형 인터페이스인 경우
- 메서드의 매개변수로 람다식을 받겠다는 뜻
반환타입이 함수형 인터페이스인 경우
- 이 메서드는 람다식을 반환한다는 뜻

@FunctionalInterface
interface MyFunction {
    void run();
}

class LamdaEx1 {
    // 매개변수 타입이 MyFunction(함수형 인터페이스)인 메서드
    static void execute(MyFunction f) {
        f.run();
    }
    // 반환타입이 MyFunction(함수형 인터페이스)인 메서드
    static MyFunction getMyFunction() {
        return () -> System.out.println("f2.run()");
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 람다식으로 MyFunction의 run() 구현
        MyFunction f1 = () -> System.out.println("f1.run()");

        MyFunction f2 = getMyFunction();

        f1.run();
        f2.run();
        System.out.println();
        execute(f1);
        execute(() -> System.out.println("run"));
    }
}

</> 실행 결과
f1.run()
f2.run()

f1.run()
run

static void execute(MyFunction f) {
f.run();
}
- 매개변수의 타입이 MyFunction 즉, 함수형 인터페이스 이다.
- 매개변수로 람다식을 받겠다는 뜻
- f.run();
  - 람다식을 호출하는 것
- 람다식에 execute 라는 이름을 붙여주고 이를 호출하는 메서드이다.
static MyFunction getMyFunction() {
return () -> System.out.println("f2.run()");
}
- 반환타입이 MyFunction, 함수형 인터페이스
- 이 메서드는 람다식을 반환한다는 뜻
MyFunction f1 = () -> System.out.println("f1.run()");
- 람다식으로 MyFunction 인터페이스의 run()을 구현한 것
execute(() -> System.out.println("run"));
- 이 부분을 보면 람다식을 매개변수로 받는 execute() 메서드의 인자를 람다식으로 넣은 것을 볼 수 있다.
- 이렇게 쓰는군

java.util.function 패키지(802p)

java.util.function 패키지에 자주 쓰이는 형식의 메서드를 함수형 인터페이스로 정의해놓음

조건식에 표현에 사용되는 Predicate

반환타입이 boolean
조건식을 람다식으로 표현하는데에 사용

Predicate<String> isEmptyStr = s -> s.length() == 0;
String s = "";

if(isEmptyStr.test(s)){
    System.out.println("This is an empty String.");
 }

매개변수가 두개인 함수형 인터페이스

인터페이스 이름 앞에 'Bi'

Supplier는 매개변수는 없고 반환값만 존재하는데, 메서드는 반환값 두개가 될 수 없으므로 BiSupplier 는 존재하지 않음
두개를 초과하는 매개변수를 갖는 함수형 인터페이스가 필요하면 직접 만들어서 써야함

UnaryOperator 와 BinaryOperator

매개변수의 타입과 반환타입이 일치하는 함수형 인터페이스
이들의 조상은 각각 Function 과 BiFunction 임

스트림 API

아래 블로그 보고 학습 정리

정리가 굉장히 잘되어 있는 것 같다.

자바

자바 스트림(Stream) 개요

1) 스트림이란?

데이터의 흐름으로 배열 또는 컬렉션 인스턴스에 함수를 조합하여 원하는 결과를 필터링하고 가공된 결과를 손쉽게 처리 가능

기존 방식을 이용한 출력

import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

public class StreamExam {
    public static void main(String[] args) {
        String[] strArr = {"data1", "data2", "data3"};
        List<String> strList = Arrays.asList(strArr);

        // 기존 방식, for문을 이용해 결과 출력
        Arrays.sort(strArr);
        Collections.sort(strList);

        for(String str : strArr){
            System.out.println(str);
        }

        for(String str : strList) {
            System.out.println(str);
        }
    }
}

Stream API 사용

// Stream API 사용
strList.stream().sorted().forEach(System.out::println);
Arrays.stream(strArr).sorted().forEach(System.out::println);
        
// 람다식으로 표현
strList.stream().sorted().forEach(x -> System.out.println(x));
Arrays.stream(strArr).sorted().forEach(x -> System.out.println(x));

데이터 소스(배열 혹은 리스트)로 부터 스트림을 생성하고,

정렬을 위해 sorted()메서드를 호출하고,

출력을 위해 forEach()메서드 호출

오늘 한 일

객체지향 프로그래밍과 함수형 프로그래밍의 차이에 대해 학습 (객체 지향 프로그래밍은 명령에 의해 동작, 함수형 프로그래밍은 함수를 선언함으로서 무엇을 풀어나갈지 결정하는 것)
람다식 작성 방법, 함수형 인터페이스란?, 람다식의 참조변수 타입은 무엇으로?, 매개변수와 반환타입이 함수형 인터페이스인 경우?