함수형 프로그래밍 (Functional Programming)

소개

함수형 프로그래밍(Functional Programming, FP)은 순수 함수를 조합하고, 공유 상태, 변경 가능한 데이터, 부작용을 피하여 소프트웨어를 구축하는 프로그래밍 패러다임입니다. 이는 명령형 프로그래밍과는 대조적인 선언적 프로그래밍 스타일로, 코드가 “어떻게” 동작하는지보다 “무엇을” 하는지를 강조합니다.

개요

함수형 프로그래밍은 1930년대 람다 계산법(Lambda Calculus)에 근간을 두고 있으며, 1950년대에 개발된 Lisp 언어를 통해 처음으로 실용화되었습니다. 이 패러다임은 수학적 함수의 개념을 중심으로 프로그래밍을 구성하며, 상태 변경과 데이터 변경을 피하는 것을 강조합니다.

핵심 개념

1. 순수 함수

순수 함수는 다음 특성을 가진 함수를 말합니다:

같은 입력에 대해 항상 같은 출력을 반환합니다.
부작용(side effects)이 없습니다. 즉, 함수 외부의 상태를 변경하지 않습니다.

예시 (JavaScript):

// 순수 함수
const add = (a, b) => a + b;

// 비순수 함수
let total = 0;
const addToTotal = (value) => {
  total += value; // 외부 상태 변경
  return total;
};

2. 불변성

불변성은 생성된 후에 상태를 변경할 수 없는 객체의 특성을 말합니다. 함수형 프로그래밍에서는 데이터 변경 대신 새로운 데이터 구조를 생성합니다.

예시 (Python):

# 불변성을 지키는 방식
def add_to_list(lst, item):
    return lst + [item]  # 새로운 리스트 반환

original = [1, 2, 3]
new_list = add_to_list(original, 4)
print(original)  # [1, 2, 3]
print(new_list)  # [1, 2, 3, 4]

3. 고차 함수

고차 함수는 다음 중 하나 이상의 특징을 가진 함수입니다:

하나 이상의 함수를 인자로 받습니다.
함수를 결과로 반환합니다.

예시 (JavaScript):

// 함수를 반환하는 고차 함수
const multiply = (factor) => (number) => number * factor;

const double = multiply(2);
console.log(double(5));  // 10

// 함수를 인자로 받는 고차 함수
const applyOperation = (func, a, b) => func(a, b);
const add = (a, b) => a + b;
console.log(applyOperation(add, 5, 3));  // 8

4. 재귀

재귀는 함수가 자기 자신을 호출하는 프로그래밍 기법입니다. 함수형 프로그래밍에서는 루프 대신 재귀를 사용하여 반복적인 작업을 수행합니다.

예시 (Python):

def factorial(n):
    if n == 0 or n == 1:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n - 1)

print(factorial(5))  # 120

5. 게으른 평가

게으른 평가는 계산의 결과값이 필요할 때까지 계산을 미루는 동작 방식입니다. 이를 통해 무한한 데이터 구조를 다룰 수 있고, 불필요한 계산을 피할 수 있습니다.

예시 (Python - generator):

def infinite_sequence():
    num = 0
    while True:
        yield num
        num += 1

gen = infinite_sequence()
print(next(gen))  # 0
print(next(gen))  # 1
print(next(gen))  # 2

장점

코드의 간결성과 가독성 향상: 선언적 코드 스타일로 인해 코드가 직관적이고 이해하기 쉬워집니다.
테스트와 디버깅의 용이성: 부작용이 없고 상태 변경이 없으므로 함수 단위 테스트가 용이합니다.
병렬 프로그래밍 지원: 상태 변경이 없으므로 여러 작업을 병렬로 수행하기가 쉽습니다.
부작용 최소화로 인한 예측 가능성 증가: 상태를 변경하지 않으므로 코드의 실행 결과를 쉽게 예측할 수 있습니다.

단점

학습 곡선이 높을 수 있음: 함수형 프로그래밍의 개념(예: 모나드, 커링 등)은 초기 학습이 어려울 수 있습니다.
성능 저하 가능성: 불변 데이터 구조 사용으로 인해 메모리 사용량이 증가하여 성능이 저하될 수 있습니다.
기존 명령형 또는 객체지향 시스템과의 통합 어려움: 함수형 코드와 기존 코드의 통합에 어려움이 있을 수 있습니다.

주요 함수형 프로그래밍 언어

Haskell
Erlang
Clojure
F#
Scala
OCaml

또한, 다중 패러다임 언어들(JavaScript, Python, Ruby 등)도 함수형 프로그래밍 스타일을 지원합니다.

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