50. 함수형 프로그래밍의 특징과 장점

 

 

함수형 프로그래밍(函數型 프로그래밍, 영어: functional programming)

: 자료 처리를 수학적 함수의 계산으로 취급하고 상태와 가변 데이터를 멀리하는 프로그래밍 패러다임의 하나이다. 

명령형 프로그래밍에서는 상태를 바꾸는 것을 강조하는 것과는 달리, 함수형 프로그래밍은 함수의 응용을 강조한다.

프로그래밍이 문이 아닌 식이나 선언으로 수행되는 선언형 프로그래밍 패러다임을 따르고 있다.

 

함수형 프로그래밍은 순수한 함수를 작성하고, 공유된 상태와 변경 가능한 데이터 및 부작용을 피하여 소프트웨어를 작성하는 프로세스이다. 함수형 프로그래밍은 선언형 프로그래밍이며, 애플리케이션의 상태는 순수한 함수를 통해 전달된다.애플리케이션의 상태가 공유되고, 객체의 메소드와 사용되는 객체지향 프로그래밍과는 대조된다.

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프로그래밍 패러다임

프로그래밍 패러다임은 프로그래머에게 프로그래밍의 관점을 갖게 하고 결정하는 역할.

• 명령형 프로그래밍 : 프로그래밍의 상태와 상태를 변경시키는 구문의 관점에서의 연산을 설명
  절차 지향 프로그래밍 : 수행되어야 할 연속적인 계산 과정을 포함(C, C++)
  객체 지향 프로그래밍 : 객체들의 집합으로 프로그램의 상호작용을 표현(C++, Java, C#)
  
  
• 선언형 프로그래밍 : 어떻게(HOW) 할 것인가 보다는 무엇(WHAT)을 할 것인가를 표현
  함수형 프로그래밍 : 순수 함수를 조합하고 프로그램을 만드는 방식(Clojure, Haskell, Elixir)

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왜 함수형 프로그래밍을 배워야할까

“일반적은 프로그래밍은 그냥 생각하면 되는것이고, 함수형 프로그래밍은 기존과 다르게 생각하는 방법을 알려 줄 것이다. 그러므로 당신은 아마도 예전의 방식으로 절대 돌아가지 않을 것이다.”

함수형 프로그래밍은 프로그래밍 언어나 방식을 배우는것이 아니라 함수로 프로그래밍하는 사고를 배우는것이라고 할 수 있다. 즉, 사고의 전환이 필요하고, 다양한 사고방식으로 프로그래밍을 바라보면 유연한 문제 해결이 가능해진다. 명령형이나 객체지향 코드보다 간결하고 예측하기 쉬우며, 테스트하기가 더 쉬워진다.

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함수형 프로그래밍(Functional Programming)의 특징

함수형 프로그래밍(Functional Programming)은 계산을 수학적 함수의 평가로 취급하고 상태와 가변 데이터를 멀리하는 프로그래밍 패러다임입니다. 부수 효과(Side Effect)를 제거할 경우 프로그램의 동작을 이해하고 예측하기 쉬워지기 때문에 부수 효과가 없는 순수 함수(Pure Function)들로만 작성됩니다.

 

- 부수 효과(Side Effect)란?

• 콘솔에 출력하거나 사용자의 입력을 읽는 것
• 변수를 수정하거나, 객체의 필드를 저장하는 것
• 예외를 던지거나 오류를 발생시키며 실행을 중단하는 것
• 파일에 읽고 쓰는 작업

 

순수 함수(Pure Function)

그리고 이러한 부수 효과(Side Effect)들을 제거한 함수들을 순수 함수(Pure Function)이라고 부르며, 함수형 프로그래밍에서 사용하는 함수는 이러한 순수 함수들이다.

• Memory or I/O의 관점에서 Side Effect가 없는 함수
• 함수의 실행이 외부에 영향을 끼치지 않는 함수

 

순수 함수(Pure Function)의 장점

순수 함수(Pure Function)을 이용하면 얻을 수 있는 효과는 다음과 같다.

• 함수 자체가 독립적이며 Side-Effect가 없기 때문에 Thread에 안전성을 보장받을 수 있다.
• Thread에 안정성을 보장받아 병렬 처리를 동기화 없이 진행할 수 있다.

 

1급 객체(First-Class Object)

그리고 1급 객체란 다음과 같은 것들이 가능한 객체를 의미한다.

• 변수나 데이터 구조 안에 담을 수 있다.
• 파라미터로 전달 할 수 있다.
• 반환값으로 사용할 수 있다.
• 할당에 사용된 이름과 무관하게 고유한 구별이 가능하다.

함수형 프로그래밍에서 함수는 1급 객체로 취급받기 때문에 위의 예제에서 본 것 처럼 함수를 파라미터로 넘기는 등의 작업이 가능한 것이다. 또한 우리가 일반적으로 알고 개발했던 함수들은 함수형 프로그래밍에서 정의하는 순수 함수들과는 다르다는 것을 인지해야 한다.

 

불변성(Immutable)

• 함수 외부에서 데이터를 수정하지 않음
• 함수의 계산을 수행하는 동안 변수에 할당된 값들이 절대로 변하지 않음

 

참조 투명성(Referential Transparency)

• 동일한 인자에 대해 항상 동일한 결과를 반환해야 한다.
• 참조 투명성을 통해 기존의 값은 변경되지 않고 유지된다.(Immutable Data)

 

고차 함수(High order function)

• 함수를 다루는 함수
• 함수의 인자로 함수 전달 가능
• 함수의 리턴 값으로 함수 사용 가능
  
  

익명 함수(Anonymous function)

• 이름이 없는 함수
• 람다식으로 표현되는 함수 구현
  
  

게으른 평가(Lazy evaluation)

• 코드 실행 즉시 값을 평가하는 것이 아닌 필요한 시점에 평가

 

명령형 프로그래밍과 함수형 프로그래밍에서 사용하는 함수는 부수효과의 유/무에 따라 차이가 있다. 그에 따라 함수가 참조에 투명한지 안한지 나뉘어 지는데, 참조에 투명하다는 것은 말 그대로 함수를 실행하여도 어떠한 상태의 변화 없이 항상 동일한 결과를 반환하여 항상 동일하게(투명하게) 실행 결과를 참조(예측)할 수 있다는 것을 의미한다.

 

즉, 어떤 함수 f에 어떠한 인자 x를 넣고 f를 실행하게 되면, f는 입력된 인자에만 의존하므로 항상 f(x)라는 동일한 결과를 얻는다는 것을 의미한다. 부작용을 제거하여 프로그램의 동작을 이해하고 예측을 용이하게 하는 것은 함수형 프로그래밍으로 개발하려는 핵심 동기 중 하나이다. 그리고 이러한 부분인 병렬 처리 환경에서 개발할 때 Race Condition에 대한 비용을 줄여준다. 왜냐하면 함수형 프로그래밍에서는 값의 대입이 없이 항상 동일한 실행에 대해 동일한 결과를 반환하기 때문이다.

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함수형 프로그래밍의 장점

• 사용하는 모든 데이터가 변경 불가능(immutable)하고 함수는 부수 효과를 가지고 있지 않기 때문에 동시성과 관련된 문제를 원천적으로 차단
• 함수는 입력과 그에 대한 출력만을 책임지기 때문에 테스트가 쉽고 가독성이 좋음
• 고차 함수로 인해 함수들 간의 결합, 조합이 간결해지며, 익명 함수를 사용할 수 있음
• 코드 재사용성이 높음
• 깔끔하고 유지보수가 용이함

 

 

 

 

 

 

출처-

https://gaenglovesdev.github.io/til/web/2019-04-16-functional-programming/

https://ko.wikipedia.org/wiki/

https://mangkyu.tistory.com/111

https://cocoon1787.tistory.com/739