[CS] OOP (객체지향) & Functional (함수형) 프로그래밍 기초

OOP, 절차지향, 함수형 프로그래밍 .. 많이 사용했지만 정확한 기본 개념을 알고 있지 않다는 생각이 들어, 관련 내용을 담아 정리한 글을 써 본다.

 

 

📌  Introdction

 

절차지향형 프로그래밍, 객체지향형 프로그래밍, 함수형 프로그래밍 등의 용어를 아울러 '프로그래밍 패러다임'이라 칭한다. 일종의 프로그래밍 세계관이라고 할 수 있는데, 특정 기법이나 이론을 모아 하나의 체계로 만들었다고 볼 수 있다. 

 

프로그래밍 패러다임은 유형에 따라 명령형/선언형으로 분류할 수 있다. 

 

💡 명령형 프로그래밍: 어떻게(How) 할 건지를 설명하는 방식

- 절차지향 프로그래밍

- 객체지향 프로그래밍

 

💡 선언형 프로그래밍: 무엇(What)을 할 건지를 설명하는 방식

- 함수형 프로그래밍 

 

 

✨  절차지향 프로그래밍

최근까지도 프로그래밍 패러다임 중 가장 큰 지분을 차지하고 있는 OOP (객체지향 프로그래밍) 가 나오기 전에 가장 많이 활용되었으며, 현재도 처음 프로그래밍을 접할 때는 자연스레 접하는 것이 바로 절차지향 프로그래밍이다. 

 

절차지향 프로그래밍은 말 그대로 작성한 모든 코드를 순차적으로 실행한다고 생각하며 코드를 작성하는 방식을 고수한다. 위에서 아래로 문서를 읽어가는 사람의 사고와 가깝기 때문에 빠르게 익숙해지고 활용하기 쉽다는 장점이 있다. 

 

📌 절차지향 특징 

- 변수와 함수가 분리되어 작성된다.

- 함수와 함수, 변수와 함수 등 서로에 대한 의존성이 높다.

 

아래는 절차지향 프로그래밍의 예이다. 

 

const year = 2021
const month = September
const day = 14

function today() {
	return `Today is ${month} ${day}, ${year}`;
}

function tomorrow() {
	return `Tomorrow is ${month} ${day + 1}, ${year}`;
}

 

✨  객체지향 프로그래밍

OOP(Object-oriented Programming)으로도 널리 알려진 객체지향 프로그래밍 역시 직관적이며, 사람이 사고하는 방식과 가깝다는 장점이 있다. 객체지향 프로그래밍의 개념을 논하기 위해서는 주요 특징 4가지인 캡슐화, 추상화, 상속, 다형성을 구체적으로 알아보아야 한다. 

 

 

📌 Encapsulation (캡슐화) 

 

객체지향의 가장 큰 특징 중 하나는 서로 관련되어 있는 변수와 함수를 하나의 단위로 묶는다는 것이다. (같은 목적을 갖는 기능과 데이터를 하나로 묶는 것과도 같다) 연관성 높은 것들끼리 하나의 단위, 즉 캡슐 안에 담는다고 하여 '캡슐화' 라고 부르며, 여기서 말하는 단위나 캡슐이 곧 프로그래밍 언어에서 사용되는 객체이다. 

 

❗ 많은 사람들이 오해하는 것 중 하나가, JavaScript (또는 다른 언어의) Class 가 곧 OOP 의 객체일 것이라는 점이다. 이는 부정확한 표현이며, 'OOP를 구현하기 위해 클래스와 인스턴스를 사용한다' 고 표현하는 것이 더 정확하다. 즉 JS 가 지원하는 클래스를 통해 OOP 를 구현할 수 있게 되는 것이다. 

 

하나의 캡슐 안에는 데이터와 이 데이터에 대한 특정 작업을 실행할 수 있는 기능이 함께 담긴다. 설명이 조금 추상적인데, 클래스의 프로퍼티와 메서드의 개념을 떠올리면 조금 이해가 쉬울 것이다. 프로퍼티는 클래스의 속성이며, 메서드는 어떤 명령을 통해 클래스의 값에 접근하여 특정 작업을 할 수 있다. 

 

캡슐화를 통해 외부로부터 내부를 감싸 숨길 수 있다는 특징이 있다. 즉, 외부에서는 객체 내부의 변수에 직접 접근하거나 변경할 수 없다. 이는 데이터가 의도치 않게 변하는 예기치 못한 상황을 예방해준다. 또한, 하나의 객체가 다른 객체로부터 독립적이어서 코드 전체의 복잡도가 낮아진다. 이것이 장점이 되는 이유는, 복잡성이 줄면 코드의 재사용성을 높일 수 있기 때문이다. 

 

다음 코드를 보면, 위에서 언급한 특징이 다 담겨 있다. 

 

class Grade {
    constructor (score) {
    	this.score = score;
        this.curve = 10 
    }
    
    getTotal() {
    	return this.score * this.curve
    }
}

const myGrade = new Grade(9);
myGrade.getTotal() // 90

 

- 연관성이 높은 값 (score, curve) 과 기능 (getTotal) 끼리 하나의 캡슐 (Grade) 안에 담겨 있다. 

- 외부에서는 내부의 값에 직접 접근할 수 없다. Grade 인스턴스를 생성하고 메서드를 호출함으로써 가능하다. 

- 하나의 객체가 다른 것으로부터 독립적이다. Grade 클래스는 다른 클래스와 전혀 다른 값과 메서드를 가지고 있으며, 다른 외부 값에 의존하지 않는다. 

 

 

📌 Abstraction (추상화) 

 

추상화란, 복잡한 기능을 단순화하여 표현하는 것이다. 즉, 객체 안의 공통적인 특징을 추출하여 하나의 개념 또는 기능으로 정의함으로써 인터페이스 와 구현을 분리하는 특징이다. 이를 통해 외부에서는 내부 코드의 작동 방식을 이해하지 않고도, 단순하게 사용 가능하다. 

 

가령, 앞선 코드에서 score, curve, getTotal 은 모두 '성적'을 구하기 위해 필요한 값과 기능들이다. 따라서 이 모든 값이 담긴 객체의 이름은 'Grade' 로 정의되었다. 또한, 외부에서는 Grade 내의 getTotal() 메서드가 어떤 방식을 통해 성적을 산출하는지 전혀 알지 못해도 이를 호출하여 성적을 구할 수 있다. 

 

추상화의 장점은 객체 내부의 변화가 외부에 미치는 영향력을 줄일 수 있다는 것이다. 외부에 구현된 인터페이스는 그대로 유지된다면, 내부의 로직이나 값이 어떻게 바뀌든 이를 활용하여 쓰는 사용자 (프로그래머) 는 기존 명칭을 그대로 활용하여 값을 산출할 수 있다. 

 

 

📌 Inheritance (상속) 

 

상속은 이미 만들어놓은 객체의 특징을 새로운 객체가 이어받아 사용할 수 있도록 하는 것이다. 상위 객체를 상속받은 하위객체는 상위 객체의 특징을 그대로 사용하면서도, 본인만의 새로운 기능을 추가하여 자유롭게 사용할 수 있다.

 

위의 Grade 를 상속받아 자신만의 기능을 추가한 letterGrade 클래스 예제를 보면 이를 확인할 수 있다.

 

class letterGrade extends Grade {
    getLetter () {
    	return (this.score >= 60 ? 'P' : 'F')
    }
} 

const hisGrade = new letterGrade(5);

console.log(hisGrade); // {score: 5, curve:10}
hisGrade.getLetter(); // 'F'

 

상속의 가장 큰 장점은 중복되는 코드를 줄이게 해 준다는 것이다. 약간의 차이만 존재하는 두 개의 기능을 만들기 위해 중복 내용을 일일이 열거할 필요 없이, 하나의 객체를 만든 뒤 다른 객체에 상속하면 되기 때문이다. 

 

 

📌 Polymorphism (다형성) 

 

다형성은 여러 개의 객체가 같은 성질을 상속받아도, 결과는 다양하게 표현되는 것을 의미한다. 상속 이후 기존의 기능명을 활용한 새로운 로직을 짜거나, 새로운 값을 부여함으로써 달성할 수 있는 특징이다.

 

 

 

 

✨  함수형 프로그래밍

 

함수는 주어진 데이터를 받아 결과물을 나오도록 하는 일종의 파이프라인이다. 대부분의 프로그래밍 언어들은 함수를 지원하는데, 단순히 모든 코드를 함수로 작성한다고 하여 "함수형 프로그래밍"을 구현한 것은 아니다. 함수형 프로그래밍에는 여러 복잡한 규칙과 개념이 포함되는데, 이 글에서는 기본적인 특징만 다룬다. 

 

📌  순수함수 사용

순수함수란 함수에서 외부 상태값을 참조하거나 외부 상태를 변경하지 않는 함수이다. 또한, 동일한 인자를 넣을 때 동일한 결과를 반환하는 함수이다. 순수함수는 외부에 전혀 영향을 받지 않으며, 오직 주어지는 인자만으로 작업한다. 

 

// NOT pure function
let a = 1; 
function add (num) {
	return num + a;
}


// pure function
function add (num1, num2) {
	return num1 + num2;
}

 

📌  비상태성, 불변성 

함수형 프로그래밍에서의 함수는 순수함수이기 때문에, 인자로 전달된 데이터를 변경하지 않음으로써, side effect 를 방지한다. 인자를 직접 조작하기보다 새로운 객체를 만들거나 새로운 변수를 만들어 반환한다. 

 

Side effect 는 함수 호출시에 발생하는 예기치 못한 변수 값의 변경, 객체나 자료 수조의 값 수정, 오류 발생, I/O 작업 등을 모두 포함한다. 

 

// NOT functional programming
function (obj) {
    obj.Name = 'Function'
    return obj
}

// functional programming
function (obj) {
    return { ...obj, Name: 'Function'}
}

 

📌  일급객체, 고차함수 사용

일급객체란 다음의 특성을 지닌 객체이다.

 

- 변수나 데이터 구조 안에 담을 수 있음

- Parameter 로 전달 가능

- 반환값 (return) 으로 사용 가능

 

JS 의 함수는 위의 특징을 모두 가지고 있기 때문에, 일급 객체이다. 따라서 함수를 파라미터로 넘기거나 반환하는 고차함수를 자주 활용하게 된다. 

 

const calc = (num1, num2, op) => op(num1, num2);

const add = (num1, num2) => num1 + num2;
const multiply = (num1, num2) => num1 * num2;
const power = (num1, num2) => Math.pow(num2, num1);

calc(2, 3, add) // 5
calc(2, 3, multiply) // 6
calc(2, 3, power) // 9

 

 

 

✨  배운 점

• 대세가 OOP 에서 함수형 프로그래밍으로 이동하고 있다고 하는데 아직 절차지향과 OOP 에 익숙한 나로써는 함수형의 구체적인 개념들이 아직 와닿지 않는다. (특히 모나드..) 고차함수와 일급객체에 대한 기본기를 조금 더 다진 뒤에, 함수형 프로그래밍 관련 구체적인 특징들을 응용해보아야 하겠다는 생각이 든다. 

 

 

✨참고자료

• [프로그래밍] 함수형 프로그래밍(Functional Programming) 이란?
• 함수형프로그래밍이 대세다?! (함수형 vs 객체지향)
• 함수형 프로그래밍이 뭔가요?
• 7 분 안에 객체 지향 프로그래밍 | 모쉬
• Intro to Object Oriented Programming - Crash Course