[프로그래밍 패러다임] - 함수형 프로그래밍

함수형 프로그래밍(Functional Programming)이란?

자료를 찾아보면서 이해하기 가장 좋았던 예시는 파이프라인이었다. 아래는 설명 전 이해를 돕기 위해한 자료로 , 내가 생각하는 함수형 프로그래밍의 기본 틀을 그림으로 표현한 것과 이미지이다.

<왼쪽 = 기본 틀>  , <오른쪽 = 함수형 프로그래밍의 결과물>

 

개념 설명

• 파이프라인( 코딩에서는 함수 )은 input을 넣으면 input에 고정된 output을 내보낸다. 
• 그림에서 보이다시피 외부에서는 파이프라인 안에 접근할 수도 볼 수도 없다. 마찬가지로 파이프라인 안에서도 외부에 접근하거나 볼 수 없다. 
• 함수형 프로그래밍은 이런 파이프라인들( 함수들 )을 묶고 연결해서 프로그램을 만들어가는 프로그래밍 패러다임을 말한다.

함수형 프로그래밍의 특징

• 순수함수 = 함수에서 외부의 상태값을 참조하거나 외부의 상태를 변경하는 것은 순수함수라고 할 수 없다. 동일한 인자를 넣었을 때 항상 동일한 결과값을 반환하고 언제 선언되었든 외부에 전혀 영향을 받지 않도록 함수를 작성해야 한다.
  
  
• Stateless , immutability ( 비상태 , 불변성 ) = 함수에 인자로 전달된 데이터를 절대 변경하지 않는다. 같은 형태의 데이터를 반환하고 싶으면 인자로 들어온 데이터의 값을 이용해 새로 만들어서 반환해줘야 한다. 그렇게 해야만 외부에 영향을 안 줄 수 있기 때문이다. ( 때문에 함수형 프로그래밍에서 map,filter같은 함수들(새로운 배열을 반환하는 함수들)를 자주 사용한다.)
  이렇게 외부의 상태나 함수의 인자로 전달된 데이터의 상태를 변경하지 않음으로써 SideEffect 를 만들지 않게되고 , 그럼으로써 불변성을 유지하기 때문에 동시다발적인 멀티쓰레딩 환경에서도 안정적으로 동작할 수 있다.
  ( SideEffect = 부수효과 : 함수를 호출하면 외부의 상태가 변경되거나 , 예상하지 못한 에러가 발생하는 등의 부작용을 말한다. )
  
  
• Expressions Only , Not Statements = if , for , switch 같은 여러가지 명령문(Statements)을 사용하는 것은 함수형 프로그래밍이 아니다. 위와 같은 명령문들은 무엇을 어떻게 구현하는지에 초점이 맞춰져 있지만 , 함수형 프로그래밍에서는 표현식(Expressions)을 사용함으로써 무엇을 구현할 것인가에 초점이 맞춰져 있다.
  
  
• First-class and higher-order funtions
  • first-class( 일급 ) function = 다른 데이터처럼 함수를 변수,데이터 구조에 할당하거나 , 함수의 인자로 전달될 수 있거나 , 반환값으로 사용될 수 있는 함수 , 즉 함수를 값처럼 다룰 수 있는 함수
  • higer-order( 고차 ) function = 함수를 다른 함수의 인자로 전달하거나 , 함수를 반환하는 함수

 

예시

어떤 단어의 리스트가 있을 때 다음과 같은 문제가 주어졌다고 하자.

1. 단어의 크기가 2 이상인 경우를 필터링한다.
2. 모든 단어를 대문자로 변환한다.
3. 모든 단어를 앞글자만 잘라내어 변환한다.
4. 모든 단어를 스페이스로 구분한 하나의 문자열로 합친다.

명령문을 사용한 코드는 for문으로 루프를 돌리고 if문으로 조건을 달고 하겠지만 , 함수형 프로그래밍에서는 다음과 같이 함수들을 사용하여 프로그래밍한다.

public class WordProcessTest {

    private final List<String> words = Arrays.asList("TONY", "a", "hULK", "B", "america", "X", "nebula", "Korea");

    @Test
    void wordProcessTest() {
        String result = words.stream()
        	// 1.문자열의 길이가 1인지 판별
                .filter(w -> w.length() > 1)
                
                // 2.주어진 문자열을 대문자로 변환
                .map(String::toUpperCase)
                
                // 3.주어진 문자열의 첫단어만 뽑아냄
                .map(w -> w.substring(0, 1))
                
                // 4.주어진 문자열을 스페이스 간격으로 이어붙임
                .collect(Collectors.joining(" "));

        assertThat(result).isEqualTo("T H A N K");
    }
}

 

 

 

 

장점 

• 함수가 외부에 영향을 미치지 않기 때문에 공통으로 관리하는 상태들의 관리가 쉽고 함수 재사용의 안전성이 높다.
• SideEffect를 최소화하기 때문에 멀티쓰레드 환경에서 안정성이 높다.
• 불변성을 지향하기 때문에 프로그램의 동작 예측이 쉬워진다.

단점

• 순수함수의 구현은 가독성이 좋지 않을 수 있다.
• 순수함수의 사용은 쉬울 수 있지만 , 조합하는 것은 쉽지 않다.
• 규모있는 프로젝트에선 상태를 변경하는 SideEffect가 필연적이다. 이때 반드시 필요한 부분만 상태를 변경하는 코드를 사용하고 다른 부분은 순수함수로 최대한 SideEffect를 막아 예측 가능성을 높여야 한다.
• 함수형 프로그래밍에서의 반복은 재귀방식을 통해 루프를 대체하는데, 재귀적 코드는 무한루프에 빠질 위험이 있다.

 

 

 

 

참고자료

망나니 개발자님의 블로그 - 함수형 프로그래밍이란?

pigme님의 기술로그 - 함수형 프로그래밍

jongminfire.dev님의 블로그 - 함수형 프로그래밍이란?

얄코님 유튜브 : 함수형 프로그래밍이 뭔가요?

드림코딩 유튜브 : 함수형프로그래밍이 대세다?! (함수형 vs 객체지향)