함수형 프로그래밍 기초 개념

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함수형 프로그래밍 기초 개념

효자발 2021. 7. 13. 12:44

함수형 프로그래밍이란?

함수형 프로그래밍(functional programming)은 자료 처리를 수학적 함수의 계산으로 취급하고 상태와 가변 데이터를 멀리하는 프로그래밍 패러다임의 하나.
상태, 가변 데이터를 지양.
상태의 변경이 아닌 함수의 응용을 통해 프로그래밍.
절차의 기술이 아닌 선언적으로 기술되는 선언형 프로그래밍 패러다임을 따름.
아래의 내용으로 보통 정의내림
- FP is about pulling programs apart and reassembling them from the same parts, composing in functions together and that means we need to make the output of a function to serve as the input of the next one, in order to do so, we should avoid shared mutable state & side-effects (use pure functions)

함수형 프로그래밍의 역사

알론조 처치가 1930년대에 개발한 람다 대수에서 함수에 대한 이론적 기반 태동.
1930년대에 계산가능성, 결정문제, 함수정의, 함수응용과 재귀를 연구하기 위해 람다 대수를 이용.
최초 함수형 프로그래밍 언어 IPL을 개발.
이후 훨씬 향상된 함수형 프로그래밍 언어인 리스프가 개발됨.
- 리스프는 현대적 함수형 프로그래밍의 여러 특징을 가짐
1980년대에 그동안의 함수형 프로그래밍에 대한 연구를 바탕으로 순수 함수형 언어인 하스켈 탄생.
최근 2000년대부터 cpu의 단일 코어 처리 한계가 찾아오고 멀티 코어 체제로 전환되면서 함수형 프로그래밍이 가진 특징을 적용해보고자 하는 수요가 증가.

함수형 프로그래밍 특징

함수는 절차에 집중하지 않고 결과에 집중.
무엇이 계산될지에만 강점을 둠.
데이터는 불변형.
문제를 여러 함수들로 분해하여 다룸.
계산을 위해 재귀와 조건절을 사용하는 수학 함수 개념에 기초.
루프 문과 같은 반복문과 조건문은 지원하지 않음. → if else가 있어 혼동될 수 있으나 함수형에서 이는 표현식의 일종이다(=함수)/loop는 재귀로 대체된다.
ETC(무한 개념의 표현 등)

함수형 언어 종류

Haskell
SML
Clojure
Scala
Erlang
Clean
F#
ML/OCaml Lisp / Scheme
XSLT
SQL
Mathematica

기본적인 함수형 프로그래밍에서 알면 도움될 용어와 개념

Immutable Data(불면 데이터)
Closure(클로저)
First-class function(1급 함수)
Maintainability(유지보수성)
Modularity(모듈성)
Memoization(메모이제이션)
High order function(고차함수)
Referential transparency(참조 투명성)
Pure function(순수 함수)
Currying
- curried function
- unary function
- partial application
Point free Style
lambda
Fold(Left/Right)
Monad
Arity
Auto Currying
Function composition
Continuation
Purity
Side effects
Idempotent
Predicate
- Consumer
- Function
- Supplier
Contracts
Category
Value
Constant
Functor
Pointed Functor
Lift
Equational Reasoning
Lamda Calculus
Lazy evaluation
Monoid
Comonad
Applicative Functor
Morphism
- Endomorphism
- Isomorphism
Setoid
Semigroup
Foldable
Lens
Type Signatures
Algebraic data type
- Sum type
- Product type
Option
Reactive Function Programming
Reactive Functional Programming
Declarative/Functdional vs Imperative Procedural
Optics
Reflection
Tail call optimization

Immutable Data

데이터는 불변한다. 즉 이미 존재하는 데이터를 변경하는 것이 아닌, 데이터 구조를 생성만 할 수 있다. 그리고 변경하지 못한다.
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// Mutating your data - you lost your state
let source = ["h1", "h2", "h3"];
source[2] = "h4";
console.log("source");
console.log(source); // ["h1", "h2", "h4"]

//No mutation
source = ["h1", "h2", "h3"];
let dest = source.map(data => {
return data == "h3" ? "h4" : data;
});

console.log("source");
console.log(source); // ["h1", "h2", "h3"]
console.log("result");
console.log(dest); // ["h1", "h2", "h4"]

참조투명성(Referential transparency)

프로그램 동작 결과에 무관하게 관련 값을 대체할 수 있는 것.
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1 const greet = () => 'Hello World!'

Closure(클로저)

정의가 매우 다양하다.
함수가 선언될 당시의 환경(environment)을 기억했다가 나중에 호출되었을때 원래의 환경에 따라 수행되는 함수
정적 스코프가 지정된 바인딩을 구현하는 기술로 이것은 환경과 실행코드(함수)를 표현
범위 외부의 변수에 액세스하는 방법
실행이 정의된 블록 밖으로 이동한 후에도 함수의 로컬변수를 액세스용으로 캡처하는 범위 등

First class function

컴퓨터 프로그래밍 언어 디자인에서 일급 객체(First class Object)라 함은, 다른 객체들에 일반적으로 적용 가능한 연산을 모두 지원하는 객체를 의미.
즉, 언어 내부에서 값으로 표현되고 전달될 수 있는 자료형 또는 대상을 일급 객체라고 부름.
구체적으로는
- 함수의 실제 매개변수가 될 수 있어야 한다.
- 함수의 반환 값이 될 수 있어야 한다.
- 할당 명령문의 대상이 될 수 있어야 한다.
- 동일 비교의 대상이 될 수 있어야 한다.
- 런타임에 함수를 생성할 수 있어야 한다.
함수형 프로그래밍에서 함수는 위 조건을 충족한다.

Maintainability

함수형 패러다임을 통해 개발된 로직은 유지보수하기 쉽다는 내용을 어필하기 위한 용어.
단순하게 말해 사이드 이펙트가 없으니 수정할 때 두려움이 덜하다는 뜻.

Modularity

문제가 함수 단위로 분해되어 수행되어 모듈 식 설계를 이룰 수 있음을 뜻함.
단위 테스트 및 디버깅에 소요되는 시간을 줄여줌.

Memoization

컴퓨터 프로그램이 동일한 계산을 반복해야 할 때, 이전에 계산한 값을 메모리에 저장함으로써 동일한 계산의 반복 수행을 제거하여 프로그램 실행 속도를 빠르게 하는 기술
동일한 계산을 반복해야 할 경우 한 번 계산한 결과를 메모리에 저장해 두었다가 꺼내 씀으로써 중복 계산을 방지할 수 있게 하는 기법
동적 계획법 알고리즘에서 많이 본 개념
순수 함수 특징으로 같이 나타나는 특징

High order function

함수가 일급 객체로 취급될 때, 함수를 인자로 받거나 결과로 반환하는 함수. 수학에서의 연산자, 범함수와 맥락이 통용된다.
이를 제외한 함수는 일차 함수(first order function).
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3 const filter = (predicate, xs) => xs.filter(predicate)
const is = (type) => (x) => Object(x) instanceof type
filter(is(Number), [0, '1', 2, null]) // [0, 2]

Pure function

동일한 입력값이 주어지면 항상 동일한 결과값을 반환하는 함수
부작용이 발생하지 않음(불변).
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3 const greet = (name) => `Hi, ${name}`

greet('Brianne') // 'Hi, Brianne'

Currying

여러 개의 인자를 가진 함수를 호출 할 경우, 파라미터의 수보다 적은 수의 파라미터를 인자로 받으면 누락된 파라미터를 인자로 받는 기법.
다중 인수를 갖는 함수를 단일 인수를 갖는 함수들의 함수열로 바꾸는 것.
커링 구현해보기 정리글(JS)
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9 const sum = (a, b) => a + b

const curriedSum = (a) => (b) => a + b

curriedSum(40)(2) // 42.

const add2 = curriedSum(2) // (b) => 2 + b

add2(10) // 12

Curried function

Currying의 결과물 함수
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8 // Curry function
// add = argument1 => argument 2 => Number
const add = arg1 => arg2 => arg1 + arg2;

// Partial Application
const addWithTen = add(10);

console.log(addWithTen(5)); // 15

Unary function(단항 함수)

단일 인자를 가지는 함수. 커리된 함수(Curried function)는 항상 이 단항 함수를 리턴.

Partial application(부분 적용)

커리된 함수를 통해 인수의 일부의 값이 확정된 함수.
값의 고정이 이뤄지는 경우 클로저를 사용하는 경우도 존재.
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// 부분적으로 적용된 함수를 만드는 도우미
// 함수와 몇 가지 인수를 취합니다.
const partial = (f, ...args) =>
  // 나머지 인수를 취하는 함수를 반환합니다.
  (...moreArgs) =>
    // 그리고 모두 원래 함수를 호출합니다.
    f(...args, ...moreArgs)

// 뭔가 적용할 것
const add3 = (a, b, c) => a + b + c

// `2`와`3`을 부분적으로 `add3`에 적용하면 하나의 인자로 쓸 수 있습니다
const fivePlus = partial(add3, 2, 3) // (c) => 2 + 3 + c

fivePlus(4) // 9

Point free Style or Point free function

함수 정의에 인수를 생략하여 함수를 기술하는 함수 작성 방법.
커링(Curring) 또는 다른 고차 함수를 필요로 함.
불필요하게 인수를 기술하여 코드가 길어지는 것을 방지하고 간셜성과 가독성을 높이는 데 사용.
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const samples = Array.from({ length: 10 }, (value, index) => index + 1);

const double = a => a * a;
const isEven = a => a % 2 === 0;

samples
.map(double) // point free style
.filter(d => isEven(d));

// corner case - where signature mismatch happens
// parseInt => ( string, radix) => Number
samples.map(parseInt); // [ 1, NaN, NaN, NaN, NaN, NaN, NaN, NaN, NaN, 9]

// unary helper function - which helps to stream line the signature of the function
const unary = fn => first => fn.call(this, first);
samples.map(unary(parseInt)); // [ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

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// Given
const map = (fn) => (list) => list.map(fn)
const add = (a) => (b) => a + b

// Then

// Not points-free - `numbers` is an explicit argument
const incrementAll = (numbers) => map(add(1))(numbers)

// Points-free - The list is an implicit argument
const incrementAll2 = map(add(1))

Lambda

값처럼 취급할 수 있는 익명의 함수
이름 없는 함수
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5 ;(function (a) {
return a + 1
})

;(a) => a + 1

Auto Currying

다항 함수(여러 개의 인수를 취하는 함수)에 필요한 인자 수보다 적은 인자를 전달하면 자동으로 남은 수의 인자를 취하는 함수가 반환되도록 하는 기술.
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Function composition

한 함수의 출력이 다른 함수의 입력이 되도록 함수를 조합하는 기법.
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// composing functions
const pipe = (...fns) => initData => fns.reduce((arg, fn) => fn(arg), initData);

const nameInCaps = name => name.toUpperCase();

const reverseName = name =>
  name
    .split("")
    .reverse()
    .join("");

const first13Char = name => name.substring(0, 13);

const greet = name => `${name} to all!!!`;

const outputFn = pipe(
  reverseName,
  first13Char,
  nameInCaps,
  greet
)("!!!dnekeew yppah");

console.log(outputFn); // 'HAPPY WEEKEND to all!!!'

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3 const compose = (f, g) => (a) => f(g(a)) // 정의
const floorAndToString = compose((val) => val.toString(), Math.floor) // 사용법
floorAndToString(121.212121) // '121'

Continuation(계속)

함수의 특정 지점에서 코드의 실행이 아직 진행되지 않은 부분
비동기 처리 시 일종의 콜백 영역
~~Coroutine 과 같은 맥락에서 실행의 흐름이 전이하는 경우 각 코루틴의 남은 실행 영역~~
~~Generator 와 같은 영역에서 yield를 통해 코드 흐름이 중지/분기한 이후 지점~~
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const printAsString = (num) => console.log(`Given ${num}`)

const addOneAndContinue = (num, cc) => {
const result = num + 1
cc(result)
}

addOneAndContinue(2, printAsString) // 'Given 3'

Side effects(부수 효과)

함수가 외부 변경 가능 상태와 상호작용하는 일체.
시스템 혹은 프로그램의 상태를 바꾸거나 외부 세계와 상호작용하는 행위.
- 외부 변수를 변경(전역 변수나 부모 함수 스코프(영역)에 있는 변수 값의 변경)
- 콘솔에 로깅하기
- 화면에 데이터를 출력하기
- 파일 IO 작업
- 네트워크 요청 보내기
- 외부 시스템 호출하기
- 부수 효과가 있는 함수(비순수 함수) 호출하기. 예) new Date() 사용
- DOM 트리 변경하기
- DB 접근하기 등
함수형 프로그래밍에서는 이러한 부수 효과가 필요한 경우에 대해 일종의 트릭을 사용함
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1 console.log('IO is a side effect!')

Idempotent(멱등성)

함수를 수행한 결과를 다시 그 함수에 적용해도 다른 결과가 나오지 않는다면 그 함수는 멱등성을 가짐
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3 f(f(x)) ≍ f(x)
Math.abs(Math.abs(10))
sort(sort(sort([2, 1])))

Predicate(술부)

주어진 인자에 대해 참, 거짓을 리턴하는 함수.
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4 const predicate = (a) => a > 2;

[1, 2, 3, 4].filter(predicate) // [3, 4]

목록 출처

https://github.com/hemanth/functional-programming-jargon

참고중인 자료

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