[CS] 함수형 프로그래밍

🎱 개요

프로그래밍 패러다임(Programming Paradigm)

• 프로그래머에게 프로그래밍의 관점을 갖게하고, 코드를 어떻게 작성할지 결정하는 역할
• 명령형 프로그래밍 : 무엇(What)을 할 것인지 나타내기보다 어떻게(How) 할 것인지를 설명하는 방식
  • 절차지향 프로그래밍 : 수행되어야 할 순차적인 처리 과정을 포함하는 방식(C, C++)
  • 객체지향 프로그래밍 : 객체들의 집합으로 프로그램의 상호작용을 표현하는 방식(Java)
• 선언형 프로그래밍 : 어떻게(How)할 것인지를 나타내기보다 무엇(What)을 할 것인지를 설명하는 방식
  • 함수형 프로그래밍 : 순수 함수를 조합하고 소프트웨어를 만드는 방식(클로저)

🎱 함수형 프로그래밍

📌 거의 모든 것을 순수 함수로 나누어 문제를 해결하는 기법으로, 작은 문제를 해결하기 위한 함수를 작성하여 가독성을 높이고 유지보수를 용이하게 해줌

• 대입문을 사용하지 않는 프로그래밍이며, 작은 문제를 해결하기 위한 함수를 작성
• 대입문이 없기 때문에 메모리에 한 번 할당된 값은 새로운 값으로 변할 수 없음

// 1 ~ 10까지의 값이 i에 할당된다
for(int i = 1 ; i < 10; i++){
    System.out.println(i);
}

// process라는 임의의 함수
process(10, print(num));

⇒ 함수형 프로그래밍은 무엇(What)에 포커스를 두는 프로그래밍이기 때문에 출력을 하는 함수 print를 파라미터로 넘길 수 있음

🎱 특징

📌 부수효과가 없는 순수 함수를 1급 객체로 간주하여 파라미터나 반환값으로 사용할 수 있으며 참조 투명성을 지킬 수 있음

 

1️⃣ 부수효과(Side Effect)

• 변수의 값이 변경됨
• 자료구조를 제자리에서 수정
• 객체의 필드값을 설정
• 예외나 오류가 발생하며 실행이 중단됨
• 콘솔 또는 파일 I/O가 발생

2️⃣ 순수함수(Pure Function)

위의 부수효과들을 제거한 함수들을 순수함수(Pure Function)이라고 부르며, 함수형 프로그래밍에서 사용하는 함수는 이러한 순수 함수들임

• Memory 또는 I/O 관점에서 부수효과가 없는 함수
• 함수의 실행이 외부에 영향을 끼치지 않는 함수

순수 함수를 사용하게 되면 다음과 같은 효과를 받을 수 있음

• 함수 자체가 독립적이며 Side-Effect가 없기 때문에 Thread에 안전성을 보장받을 수 있음
• Thread에 안정성을 보장받아 병렬 처리를 동기화없이 진행할 수 있음

3️⃣ 1급객체 (First-Class Object) / 1급시민 (First-Class Citizen)

• 변수나 데이터 구조 안에 담을 수 있음
• 파라미터로 전달할 수 있음
• 반환값으로 사용할 수 있음
• 할당에 사용된 이름과 무관하게 고유한 구별이 가능함

→ 함수형 프로그래밍에서 함수는 1급객체로 취급받기 때문에 위의 예제에서 본 것처럼 함수를 파라미터로 넘기는 등의 작업이 가능한 것

 

4️⃣ 참조 투명성(Referential Transparency)

• 동일한 인자에 대해 항상 동일한 겨로가를 반환해야 함
• 참조 투명성을 통해 기존의 값은 변경되지 않고 유지됨

→ 참조에 투명하다는 것은 함수를 실행하여도 어떠한 상태의 변화없이 항상 동일한 결과를 반환해서 항상 동일하게(투명하게) 실행 결과를 참조(예측)할 수 있다는 것을 의미

Ex.) 어떤 함수 F에 어떤 인자인 x를 넣고 F를 실행하게 되면 F는 입력된 인자에만 의존하기 때문에 항상 F(x)라는 동일한 결과를 얻음