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함수형 프로그래밍(Functional Programming)
절차지향 프로그래밍(Procedural Programming)
객체지향 프로그래밍(Object-Oriented Programming)

 

개요

정의 및 특징

  • 프로그래머에게 프로그래밍의 관점을 갖게 해주는 역할을 하는 개발 방법론
  • 개발을 하는 방법론의 차이이지, 특정 언어가 특정 방식만 지원한다는 것은 아님
  • 객체 지향이 절차 지향의 반대인 것이 아님

 

프로그래밍 패러다임의 종류

  • 명령형 프로그래밍: ‘무엇’을 할 것인지를 나타내기보다 ‘어떻게’ 할 것인지를 설명하는 방식
    • 절차지향: 수행되어야 할 순차적인 처리 과정을 포함하는 방식(C, C++)
    • 객체지향: 객체들의 집합으로 프로그램의 상호작용을 표현(C++, Java, C#)
  • 선언형 프로그래밍: ‘어떻게’ 보다는 ‘무엇’을 할 것인지를 설명하는 방식
    • 함수형: 순수 함수를 조합하고 SW를 만드는 방식(클로저, 하스켈, 리스프)

 

패러다임의 변화

  1. 순차적 프로그래밍(goto)
    • 원시타입 데이터와 for, while 만으로 순차적으로 프로그래밍
    • 함수가 없기 때문에 특정 구간을 반복하려면 goto를 이용해 실행 순서 변경
  2. 절차적 프로그래밍(c언어)
    • 함수가 등장하여, 실행순서를 바꾸는 것이 아니라 반복적인 코드를 따로 보관
    • 함수 단위로 코드를 분리하고 재사용하는 형태의 프로그래밍
  3. 구조체 등장(c언어)
    • 관련 데이터를 그룹으로 묶어 관리하는 구조체 등장
  4. 객체 지향 프로그래밍_v1(c++)
    • 데이터만 묶는 것보다 관련 함수까지 같이 묶는게 더 편함 → class 등장
    • 클래스를 상속해 재사용하며 객체 지향 프로그래밍의 개념 시작
  5. 객체 지향 프로그래밍_v2(java)
    • 다량의 객체를 쉽고 효율적으로 만들 필요성을 느낌
    • 작은 부품(객체)를 미리 만들어두어 조립/결합하는 방식으로 개발하자는 진정한 객체 지향 프로그래밍의 개념 정립
    • 자바의 클래스는 c++의 클래스보다 추상화, 캡슐화, 상속, 다형성 관련 기능이 더 추가됨

 

언어별 패러다임

  • 특정한 패러다임을 지원하는 언어(자바)
    • jdk 1.8 이전: 객체 지향 프로그래밍만 지원
    • jdk 1.8 이후: 람다식, 생성자 레퍼런스, 메서드 레퍼런스를 도입(함수형) 스트림같은 표준 API 추가(선언형)
  • 여러 패러다임을 지원하는 언어(C++, 파이썬, 자바스크립트)
  • JS는 단순하고 유연한 언어로, 함수가 일급 객체이기 때문에 객체지향보다는 함수형 방식이 선호됨

 


References

개요

정의

  • OOP(Object-Oriented Programming)
  • 객체들의 집합으로 프로그램의 상호 작용을 표현하며 데이터를 객체로 취급하여 객체 내부에 선언된 메서드를 함께 활용하는 방식
  • 모든 객체는 내부에 자료형(Field)와 함수(Method)가 존재함
  • 절차지향에서도 함수 재활용은 가능하지만 코드 수정 시 영향 범위를 예상하기 어려웠음
  • JAVA, C++, C#, Python 등이 이에 속함

 

장점

  • 모듈화, 캡슐화로 인해 유지보수가 용이
  • 상속을 통한 코드의 재사용성 증가
  • 객체 지향적이기 때문에 현실 세계와의 유사성에 의해 자연적인 모델링이 가능
  • 클래스 단위로 모듈화하여 독립적인 객체를 사용함으로써 개발의 생산성 향상

 

단점

  • 설계에 많은 시간이 소요되며 다른 패러다임에 비해 처리 속도가 느림
  • 객체가 많아지면 용량이 커질 수 있음

 


4가지 특성

추상화(abstraction)

  • 객체에서 공통된 속성과 기능을 추출하여 정의하는 것
  • 불필요한 정보는 숨기고 중요한 정보만을 표현함
  • 클래스 정의 시 메소드와 속성만 정의한 것을 인터페이스라고 부름

 

캡술화(encapsulation)

  • 변수와 함수를 클래스로 묶어놓은 것을 의미
  • 접근 제어자를 통한 정보 은닉 → 높은 응집도, 낮은 결합도를 유지
    • 결합도: 어떤 기능을 실행할 때 다른 클래스나 모듈에 얼마나 의존적인가
  • 한 곳에서 변화가 일어나도 다른 곳에 미치는 Side Effect를 최소화시킴

 

상속(inheritance)

  • 상위 클래스의 특성을 하위 클래스가 이어받아 재사용하거나 추가, 확장하는 것
  • 코드의 재사용 측면, 계층적인 관계 생성, 유지 보수성 측면에서 중요
  • 엄밀히 따지면 상속은 자식 클래스를 외부로부터 은닉하는 캡슐화의 일종임

 

다형성(polymorphism)

  • 서로 다른 클래스의 객체가 같은 동작 수행 명령을 받았을 때, 각자의 특성에 맞는 방식으로 동작하는 것
  • 코드를 간결하게 해주고 유연함을 갖추게 해줌
  • 다형성의 대표적인 예로 오버로딩, 오버라이딩이 있음
    • 오버로딩: 같은 이름을 가진 메서드를 여러 개 두는 것
    • 오버라이딩: 상위 클래스로부터 상속받은 메서드를 하위 클래스가 재정의하는 것

 


객체 지향 설계 원칙

  • 객체지향 프로그래밍을 설계할 때에는 SOLID 원칙을 지켜야 함
  • S: 단일 책임 원칙
  • O: 개방-폐쇄 원칙
  • L: 리스코프 치환 원칙
  • I: 인터페이스 분리 원칙
  • D: 의존관계 역전 원칙

 

SRP(Single Responsibility Principle)

  • 하나의 클래스는 하나의 책임만 가져야 함
  • 정확히는, 모듈이 변경되는 이유가 한가지여야 함
  • 지키지 않을 경우, 한 변경에 의해 다른 책임과 관련된 코드에도 영향이 갈 수 있음
  • 제대로 지킬 경우, 변경이 필요할 때 수정할 대상이 명확해짐

 

OCP(Open Closed Principle)

  • 확장에는 열려있으나 변경에는 닫혀 있어야 함
  • 확장에 열려 있다: 요구사항이 변경될 때 새로운 동작을 추가하여 기능을 확장할 수 있음
  • 변경에 닫혀 있다: 기존의 코드를 수정하지 않고 동작을 추가하거나 변경할 수 있음

⇒ 기존의 코드는 변경하지 않으면서도 확장은 쉽게 할 수 있어야 함

 

LSP(Liskov Substitution Principle)

  • 올바른 상속 관계의 특징을 정의하기 위한 원칙
  • 부모 객체를 자식 객체로 치환해도 시스템이 정상적으로 동작해야 함
  • 자식 클래스가 부모를 대체하기 위해서는 부모 클래스에 대한 클라이언트의 가정을 준수해야 함
  • 여기서 대체 가능성을 결정하는 것은 해당 객체를 이용하는 클라이언트임

 

ISP(Interface Segragation Principle)

  • 목적과 관심이 각기 다른 클라이언트가 있다면 인터페이스를 통해 적절하게 분리할 필요가 있음
  • 즉 클라이언트의 목적과 용도에 적합한 인터페이스만을 제공하는 것
  • 모든 클라이언트는 관심에 맞는 인터페이스만을 접근하여 불필요한 접근을 최소화할 수 있음
  • 기존 클라이언트에 영향을 주지 않은 채로 유연하게 객체의 기능을 확장/수정 가능

 

DIP(Dependency Inversion Principle)

  • 고수준 모듈은 저수준 모듈의 구현에 의존해서는 안되고, 저수준 모듈은 고수준 모듈에서 정의한 추상 타입에 의존해야 함
  • 변하기 쉬운 것에 의존하던 것을 추상화된 인터페이스나 상위 클래스를 두어 변하기 쉬운 것의 변화에 영향받지 않게 하는 원칙
  • 예를 들어, 타이어를 갈아끼울 수 있는 틀을 만든 후 다양한 타이어를 교체할 수 있어야 함
  • 즉 상위 계층은 하위 계층의 변화에 대한 구현으로부터 독립해야 함

 


References

개요

정의

  • Procedure(프로시저)를 이용하여 작성하는 프로그래밍 스타일
    • 프로시저란 반환값이 없고 실행이 주가 되는 함수라고 생각하면 됨
  • 반복되는 동작을 재사용 가능한 프로시저 단위로 나눈 프로그래밍
  • C, ALGOL, COBOL, FORTRAN 등이 이에 속함

 

장점

  • 컴퓨터의 처리 구조와 유사해 실행 속도가 빠름
  • 프로그램의 흐름을 쉽게 추적할 수 있음

 

활용

  • 계산이 많은 작업 등에 사용됨
  • 대표적으로 fortran을 이용한 대기 과학 관련 연산 작업, 머신 러닝의 배치 작업 등이 있음

 

단점

  • 코드 간 유기성이 매우 높아 모듈화하기가 어렵고 유지보수성이 떨어짐
  • 정해진 순서대로 입력을 해야하므로 순서가 바뀌면 결과값을 보장할 수 없음
  • 코드가 길어질수록 가독성이 떨어짐
  • ‘책’이라는 자료형과 책에 대한 함수가 있을 때, 둘의 연관 여부를 한 번에 알아차리기 어려움. 논리적으로 묶여있을 수 없는 구조이기 때문
    → 객체 지향 프로그래밍 등장

 


References

개요

정의

  • 선언형 프로그래밍(declarative programming)이란 ‘무엇을’ 풀어내는가에 집중하는 패러다임
  • 함수형 프로그래밍(functional programming)은 선언형 패러다임의 일종
  • 명령형과 함수형에서 사용하는 함수는 부수효과의 유무에 따라 차이가 있음
  • 대입문이 없는 프로그래밍 방식으로, 작은 문제를 해결하기 위한 함수를 작성
  • 작은 ‘순수 함수’들을 블록처럼 쌓아 로직을 구현하고 ‘고차 함수’를 통해 재사용성을 높인 프로그래밍 패러다임

 

장점

  • 더 나은 모듈화와 짧은 코드를 제공하여 함수 단위의 코드 재사용이 수월함
  • 불변성을 지향하기 때문에 프로그램의 동작을 예측하기 쉬움 → 테스트와 디버깅이 용이함
  • 가독성이 높은 코드를 작성하기 쉬움
  • 부수효과를 제거할 수 있음

 

단점

  • 함수형 프로그래밍의 개념을 이해하기가 쉽지 않음
  • 프로그래밍을 진행하며 수 많은 함수들을 파악하고 유지 관리하기 힘들어짐
  • 광범위한 환경 설정이 필요할 수 있음
  • 함수가 많아질수록 함수를 조합하기 복잡해지며 꾸준한 리팩터링이 필요할 수 있음
  • 반복이 for문이 아닌 재귀를 통해 이루어지는데, 재귀적 코드 스타일은 무한 루프에 빠질 수 있음

 


특징

부수 효과가 없는 순수 함수1급 객체로 간주하여 파라미터나 반환값으로 사용할 수 있으며, 참조 투명성을 지킬 수 있음

부수 효과(Side Effect)

  • 부수효과란 다음과 같은 변화 또는 변화가 발생하는 작업을 의미
    • 변수의 값이 변경됨
    • 자료 구조를 제자리에서 수정함
    • 객체의 필드값을 설정함
    • 예외나 오류가 발생하며 실행이 중단됨
    • 콘솔 또는 파일 I/O가 발생함

 

순수 함수(Pure Function)

const pure = (a, b) => {
	return a + b
}
  • 위와 같은 부수 효과를 제거한 함수로, 출력이 입력에만 의존함
  • 만약 다른 전역 변수가 출력에 영향을 주면 더이상 순수 함수가 아니게 됨
  • 장점
    • 함수 자체가 독립적이며 side effect가 없으므로 Thread에 안정성을 보장받음
    • thread-safe하여 병렬 처리를 동기화없이 진행 가능
    • 프로그램의 변화 없이 입력 값에 대한 결과를 예상할 수 있어 테스트가 용이

 

고차 함수(Higher Order Function)

  • 함수가 함수를 값처럼 매개변수로 받아 로직을 생성할 수 있는 것
  • 고차 함수를 쓰기 위해서는 해당 언어가 일급 객체라는 특징을 가져야 함

 

1급 객체(First-Class Object)

  • 일급 객체란 다음이 가능한 객체
    • 변수나 메서드에 함수를 할당할 수 있음
    • 함수 안에 함수를 매개변수로 담을 수 있음
    • 함수가 함수를 반환할 수 있음
  • 함수형 프로그래밍에서 함수는 1급 객체로 취급받기 때문에 함수를 파라미터로 넘기는 등의 작업이 가능

 

참조 투명성(Referential Transparency)

  • 동일한 인자에 대해 항상 동일한 결과를 반환해야 함
  • 참조 투명성을 통해 기존의 값은 변경되지 않고 유지됨

 


References

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