[번역] 함수형 프로그래밍 전문가 되기 (Part 3)

July 16, 2020

이 글은 Charles Scalfani의 So You Want to be a Functional Programmer (Part 3)를 번역한 게시물입니다.
Thank you Charles Scalfani! Thanks to your writing, I can grow further as a developer.

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함수형 프로그래밍의 개념을 이해하기 위해 내딛는 첫걸음은 매우 중요하다. 매우 힘든 첫걸음이지만 올바른 관점으로 접근한다면 힘들어할 필요가 없다.

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합성 함수

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프로그래머로서 우리는 게으르다(좋은 뜻). 우리는 빌드, 테스트, 배포 코드를 계속해서 작성하는 것을 원하지 않는다.
우리는 항상 일을 한 번만 하는 방법과 그것을 어떻게 재 사용하여 다른 일을 할 수 있는지 알아내려고 노력한다.

코드 재사용은 언제나 옳지만, 그것을 실제로 실천하긴 어렵다.
코드를 굉장히 상세하게 만들면, 그것을 재사용할 수 없다. 그렇다고 너무 일반적으로 만들면 애당초 사용하기 어려울 수 있다. 코드를 작고 재사용이 가능한 조각으로 만들면 그 코드는 더 복잡한 기능의 조각이 될 수 있다.
그렇기 때문에 이 둘 사이의 균형을 잡는 것이 중요하다.
함수형 프로그래밍에서, 함수들은 빌딩 블록이다. 우리는 매우 구체적인 작업을 하기 위해 함수들을 작성하고, 레고 블록처럼 조립한다.

이것이 합성함수이다.

그래서 합성함수는 어떻게 동작할까? 다음 두개의 자바스크립트 함수를 살펴보자.

var add10 = function(value) {
  return value + 10;
};

var mult5 = function(value) {
  return value * 5;
};

꽤 복잡하다. 화살표 함수 표현식을 사용해보자.

var add10 = value => value + 10;
var mult5 = value => value * 5;

한결 나아졌다. 이제 value에 10을 더한 값에 5를 곱하는 함수가 필요하다고 생각해보자. 다음과 같이 작성할 수 있을 것이다.

var mult5AfterAdd10 = value => 5 * (value + 10)

매우 간단한 예제이긴 하지만, 함수를 이렇게 작성하는 것은 좋지 않다. 그 이유는
첫째, 괄호를 잊어버리는 실수를 할 수 있다.
둘째, 우리는 이미 add10함수와 mult5함수를 갖고 있다. 즉, 이미 있는 함수들을 다시 작성하고 있는 것이다.

그러니 add10함수와 mult5함수를 이용해서 새로운 함수를 만들어보자.

var mult5AfterAdd10 = value => mult5(add10(value));

우리는 단지 기존에 있던 함수를 이용해서 mult5AfterAdd10 이라는 함수를 만들었다. 당연히 함수를 새로 만드는 것보다 이 방법이 더 좋다.
수학에서, f ∘ g는 합성 함수이다. 그리고 “g composed with f” 또는 “f after g” 라고 읽는다.
그래서 (f ∘ g)(x) 는 x값과 함께 함수 g를 호출한 후, 함수 f를 호출한 것과 같다. 간단히 표현하자면 f(g(x))와 동일하다.

예제에서 우리는 mult5 ∘ add10(“mult5 after add10”)를 사용했다, 그러므로 이 함수의 이름은 mult5AfterAdd10 이라고 볼 수 있다.
매개변수(argument) value가 add10함수에 전달되고 함수가 호출된 후에, mult5함수를 호출했다.
간단히 표현하자면 mult5(add10(value))와 동일하다.

네이티브 자바스크립트는 합성함수가 없기 때문에 Elm을 예로 들어보겠다.

add10 value =
    value + 10
mult5 value =
    value * 5
mult5AfterAdd10 value =
    (mult5 << add10) value

Elm에서는 << 라는 연산자로 함수를 합성한다. 이 연산자는 데이터가 어떻게 흘러가는지 시각적으로 알려준다.
첫 번째로 value가 add10으로 전달된다. 그 결과는 mult5로 전달된다.

mult5AfterAdd10에 있는 괄호,(mult5 << add10)를 주시하자. 이것은 value를 적용하기전에 확정적으로 함수끼리 합성을 시키기 위해 괄호가 존재한다.

다음과 같은 방법으로 당신이 원하는 만큼 함수들을 합성할 수 있다.

f x =
   (g << h << s << r << t) x

x는 함수 t에 전달되고, 그 결과 값이 r로 전달된 후, 그 결과 값이 s로 전달된다. 이런 식으로 마지막 g까지 전달된다.
만약 자바스크립트에서 이와 같은 기능을 구현한 적이 있었다면, 그건 g(h(s(r(t(x)))))로 작성해야 할 것이다. 괄호가 끔찍하다.

Point-Free 표기법

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파라미터를 정의할 필요 없이 함수를 작성하는 Point-Free 표기법이라는 코딩 방식이 있다.
처음 보는 사람들은 이 방식이 이상하게 보일 것이지만, 계속 사용하다 보면 이 방식의 간결함에 감탄할 것이다.

당신은 mult5AfterAdd10함수에서 value가 파라미터 리스트에서 한 번, 사용될 때 한 번, 총 두 번 정의되었다는 것을 알아차렸을 것이다.

-- 이 함수는 파라미터가 1개다. 

mult5AfterAdd10 value =
    (mult5 << add10) value

그러나 이 파라미터는 add10함수에서 동일한 파라미터를 사용할 것이기 때문에 필요하지 않다. 같은 동작을 하는 Point-Free 방식으로 바꾸면 아래와 같다.

-- 이 함수 또한 파라미터가 1개다.

mult5AfterAdd10 =
    (mult5 << add10)

Point-Free 방식을 이용하면 더 많은 이점이 있다.

첫 번째, 우리는 불필요한 파라미터를 정의하지 않아도 된다. 그로 인해 정의할 파라미터 이름을 생각하느라 머리를 싸매지 않아도 된다.
두 번째, 덜 복잡해지기 때문에 좀 더 읽기 쉬워진다. 위의 예시는 단순하다. 하지만 함수 하나에 무수한 파라미터들이 있다고 상상해보자.

파라다이스에서의 문제

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지금까지 어떻게 합성 함수가 동작하는지와 간결성, 명확성, 그리고 유연성을 위해 Point-Free 표기법으로 어떻게 함수를 정의해야 하는지를 살펴보았다.
이제 조금 다른 시나리오에서 이 아이디어들을 사용해보고, 그것들이 어떻게 진행되는지 살펴보자. add10함수를 add함수로 변경한다고 상상해보자.

add x y =
    x + y
mult5 value =
    value * 5

어떻게 위의 두 함수를 이용해서 mult5AfterAdd10 함수를 만들까?
읽던걸 멈추고 잠시 생각해보자. 생각이 끝났다면 작성해보자. 작성이 끝났다면 비교해보자. 당신은 아래와 같이 작성했을 수도 있다.

-- 이 함수는 잘못됐어!!!

mult5AfterAdd10 =
    (mult5 << add) 10

하지만 이 함수는 동작하지 않는다. add함수의 파라미터가 2개이기 때문이다. 만약 Elm으로 이 개념을 이해하기 어렵다면 Javascript로 작성해보자.

var mult5AfterAdd10 = mult5(add(10)); // 이 함수는 동작하지 않는다.

이 코드는 왜 잘못됐을까?

add함수는 2개의 파라미터가 필요한데 1개만 입력받았다. 그리고 그 부정확한 결과가 mult5함수로 전달되었고, 이는 결국 잘못된 결과를 산출할 것이다.

사실 Elm이었으면, 컴파일러 단계에서 에러가 발생할 것이다(Elm의 위대한 장점 중 하나). 다시 작성해보자.

var mult5AfterAdd10 = y => mult5(add(10, y)); // not point-free

이것은 Point-Free 방식이 아니지만, 이 방식으로도 동작은 한다. 하지만 더 이상 함수를 결합하지 못한다.
이 함수가 점점 더 복잡해질수록 문제가 생긴다. 만약 mult5AfterAdd10함수와 다른 함수를 결합하고 싶을 때가 되면 정말 곤란해질 것이다.
결국, 합성 함수의 유용성은 한계가 있으므로 이 두 개의 함수를 결합할 수 없게 되었다. 너무 아쉽다.

이 문제를 어떻게 해결할 수 있을까?

만약 add함수에 단 하나의 파라미터를 미리 전달하고, 두 번째 파라미터는 mult5AfterAdd10함수를 호출할 때 전달하는 방법이 있다면 훌륭할 것 같다.

찾아보니 방법이 있다. 바로 커링(currying) 이라는 방법이다.