함수형 프로그래밍 개념 (불변성, 순수 함수, 참조 투명성, 1급 함수)

함수형 프로그래밍에 대해 이해하기 위해서 다음과 같은 개념을 알아야 한다.

 

1. 불변성
2. 순수 함수
3. 참조 투명성
4. 1급 객체
5. 1급 함수

 

불변성

불변성이란 값이나 상태를 변경할 수 없는 것을 의미한다.

 

한 번 생성된 데이터의 값이나 상태를 변경하지 않고 새로운 값을 할당하는 것을 의미한다.

 

자바스크립트를 기준으로 불변성에 대해 자세히 알아보자.

 

구체적으로는 ”메모리 힙 영역의 값이 변하지 않는다”라고 해석할 수 있다.

 

원시 타입과 참조 타입을 기준으로 불변성에 대해 알아보자.

 

자바스크립트 기준으로 원시 타입은 다음 종류들이 있다.

• Boolean,
• String
• Number
• Null
• undefined
• Symbol

자바스크립트 기준으로 참조 타입은 다음 종류들이 있다.

 

• Object
• Array
• Function
• Date
• Map
• Set

 

원시 타입은 call stack에 바로 할당된다.

 

원시 타입인 Number에 해당하는 값을 변수에 할당하고 새로운 값으로 재할당 할 때 메모리에 새로운 값을 할당하게 된다.

변수 a의 값이 바뀌었기 때문에 불변성이 보장되지 않는다고 할 수 없다.

 

Number 타입은 원시 타입으로 메모리 힙에 값을 할당하지 않고 콜 스택에 할당한다.

 

그래서 항상 새로운 메모리가 할당되고 메모리 힙의 값이 변경될 일이 없기 때문에 불변성을 가진다고 할 수 있다.

 

그렇다면 Mutable 타입인 객체 내부 값을 변경할 때를 확인하자.

새로운 메모리가 할당되지 않았고 메모리 힙 영역의 값이 변경되었다.

 

이 경우를 불변성이 지켜지지 않았다고 하는 것이다.

 

위와 같은 경우에서 불변성을 지키려면 새로운 메모리를 할당하고 메모리 힙 영역의 값을 변경하지 않으면 된다.

 

객체의 경우 새로운 객체를 만들면 된다

이제 새로운 메모리가 할당되었고 메모리 힙 영역의 값이 변경되지 않았기 때문에 불변성을 지킨 것이 된다.

 

그래서 객체의 값을 변경할 때는 전개 연산자를 사용해서 새로운 객체를 만들면 불변성을 유지할 수 있다.

let obj = {
	a: 1,
	b: 1
}
obj = {...obj, b:1}

 

순수 함수

순수 함수는 외부의 상태를 변경하지 않는 함수를 의미한다.

 

외부 상태를 변경하지 않기 때문에 부수 효과(side effect)가 발생하지 않는다.

 

부수 효과라는 것은 함수의 원래 목적과 다른 예상치 못 한 부작용이다.

 

부수 효과가 발생할 수 있는 함수를 예시로 들어보자.

 

1. 인자의 값을 직접 변경한다. => 변경된 인자의 값이 다른 함수에 영향을 미친다.
2. 입력 값을 받는다. => 입력에 따라 출력이 달라진다.

부수효과가 없는 순수 함수는 다음과 같은 장점이 있다.

 

1. 입력이 동일하다면 출력이 동일하기 때문에 함수의 동작을 예측하기가 쉽다.
2. 단위 테스트 코드 작성에 용이하다.
3. thread에 안전하기 때문에 별도의 동기화 없이 병렬 처리를 할 수 있다.

1급 함수

1급 함수란 1급 객체 특성을 가지고 있는 함수이다.

 

1급 함수는 다음과 같은 특성을 가지고 있다.

 

 

1. 변수에 함수 할당

const foo = () => {
  console.log("foobar");
};
foo(); // 변수를 사용해 호출
// foobar

 

2. 함수에 인자로 전달

function sayHello() {
  return "Hello, ";
}
function greeting(helloMessage, name) {
  console.log(helloMessage() + name);
}
// `sayHello`를 전달인자로 `greeting` 함수에 전달
greeting(sayHello, "JavaScript!");
// Hello, JavaScript!

 

3. 함수 반환

function sayHello() {
  return () => {
    console.log("Hello!");
  };
}

 

1급 함수는 일반 변수와 비슷하게 다루어지는 것을 확인할 수 있다.

참조 투명성

동일한 입력 값에 대해 항상 동일한 출력 값을 보장하는 특성.

 

이 특성을 유지하기 위해서는 외부 변수에 의존해서는 안 된다.

 

다음 코드는 참조 투명성을 지키지 못 했다고 할 수 있다.

const a = 1;
function add(b, c){
	return a + b + c;
}

 

외부 변수 a 값이 변하면 입력 값이 같아도 출력 값이 달라질 수 있기 때문이다.

 

위 코드를 참조 투명성을 지키도록 바꾸면 아래와 같다.

function add(a, b, c){
	return a + b + c;
}

 

그렇다면 불변성과 참조 투명성을 지키는 코드를 작성해보자.

 

만들 함수는 obj.b의 value를 변경하는 함수이다.

function change(prev, value){
	return {...prev, b: value};
}

let obj = {
	a: 1, 
	b: 1
}
obj = change(obj, 3);

 

change 함수는 외부 변수를 참조하지 않고 불변성을 지키고 있으며 참조 투명성도 지키고 있다.

 

이러한 함수를 순수 함수라고 한다.

 

이러한 순수 함수는 외부에 영향을 받지 않고 side-effect가 없기 때문에 Thread 안정성을 보장받는다.

 

출처

https://developer.mozilla.org/ko/docs/Glossary/First-class_Function

일급 함수 - MDN Web Docs 용어 사전: 웹 용어 정의 | MDN

https://maxkim-j.github.io/posts/js-pure-function/

부수효과 없는 "순수함수" 맛보기

https://www.youtube.com/watch?v=LRlooA5sYhU&t=221s