C++ 함수형 프로그래밍

C++과 함수형 프로그래밍 패러다임의 만남

알렉산드루 볼보아카 지음 | 최동훈 옮김

에이콘출판 2024년 12월 02일 출간 국내도서 : 2022년 09월 30일 출간

작품소개

책소개

C++를 다룰 줄 알지만 아직 함수형 프로그래밍에 대한 개념이 생소하거나, 본인의 C++ 코드에 함수형 프로그래밍을 적용하고 싶은 개발자를 위한 책이다. 함수형 프로그래밍의 개념부터, 이를 기본으로 하는 파셜 애플리케이션이나 커링과 같은 여러 가지 연산자들의 개념과 활용법을 소개한다. 또한 함수형 프로그래밍에서 매우 중요한 불변성에 대해서도 다룬다.

목차

1부. C++의 함수형 빌딩 블록

1장. 함수형 프로그래밍 소개
__기술적 요구사항
__함수형 프로그래밍 소개
__도처에 존재하는 함수형 프로그래밍의 구조
__구조화된 루프와 함수형 루프 비교
__불변성
__OOP와 함수형 디자인 스타일 비교
__모듈 확장성과 중복 제거
__요약
__질문

2장. 순수 함수 이해하기
__기술적 요구사항
__순수 함수란?
__C++에서의 순수 함수
____인자가 없는 순수 함수
____하나 이상의 인자를 지닌 순수 함수
__순수 함수와 불변성
____불변성과 참조에 의한 전달
____불변성과 포인터
____불변성과 비클래스 함수
____불변성과 출력 파라미터
____정적 함수가 과연 정답일까?
____정적 함수의 대안
__순수 함수와 I/O
__요약
__질문

3장. 람다 파헤치기
__기술적 요구사항
__람다란 무엇인가?
__C++에서의 람다
____변수 캡처
____값에 의한 변수 캡처와 참조에 의한 변수 캡처
____다수 값 캡처
____포인터 값 캡처
__어떠한 캡처를 사용해야 할까?
____람다와 순수 함수
____람다 불변성과 값에 의한 인자 전달
____람다 불변성과 참조에 의한 인자 전달
____람다 불변성과 포인터 인자
____람다와 I/O
____람다 불변성과 값 캡처
______참조에 의해 캡처한 값의 불변성
______값에 의해 캡처한 포인터의 불변성
______참조에 의해 캡처한 포인터의 불변성
__람다와 클래스
____데이터 멤버를 람다로 활용하기
____정적 변수를 람다로 활용하기
____정적 함수를 람다로 변환하기
____람다와 커플링
__요약
__질문

4장. 함수형 합성 아이디어
__기술적 요구사항
__함수형 합성이란?
____함수형 합성
____C++에서의 함수형 합성 구현
____교환법칙이 성립하지 않는 함수형 합성
__복합적 함수 합성
____합성 함수 심층 구현
____다수의 인자를 가진 함수 분해
______곱의 결과 값 증가시키기
______증가시킨 후 곱하기
______함수의 합성과 분해에 대한 회고
__함수형 합성을 활용한 중복 제거
____incrementResultOfMultiplication 일반화
____multiplyIncrementedValues 일반화
__요약
__질문

5장. 파셜 애플리케이션과 커링
__기술적 요구사항
__파셜 애플리케이션과 커링
____파셜 애플리케이션
____C++에서의 파셜 애플리케이션
____클래스 메서드에서의 파셜 애플리케이션
____커링
______커링이란?
______커링과 파셜 애플리케이션
______다수의 인자를 가진 함수의 커링
__파셜 애플리케이션과 커링을 활용한 중복 제거
__요약
__질문

2부. 함수로 설계하기

6장. 함수형으로 사고하기 - 데이터 입력부터 데이터 출력까지
__기술적 요구사항
__입력 데이터가 함수에 들어와 출력 데이터로 나가기까지
____명령형 스타일 vs 함수형 스타일 동작 예제
____틱택토 결과
____입력과 출력
____출력 데이터
____입력 데이터
____데이터 변환
____filledWithX를 위한 all_of 활용
____map/transform 사용하기
____transform 단순화하기
____좌표
____보드에서 줄 구하기 및 좌표 구하기
____보드에서 줄 구하기
____범위
____열 구하기
____대각선 구하기
____모든 줄, 열, 대각선 구하기
____any_of를 활용한 X 승리 확인하기
____reduce/accumulate를 활용한 보드 표시하기
____find_if를 활용한 승리 상세 내역 표시하기
____솔루션 완성하기
____○ 승리 확인하기
____none_of를 활용한 무승부 확인하기
____게임 진행 중 확인하기
____옵셔널 타입을 활용한 에러 관리
__요약

7장. 함수형 연산자를 활용한 중복 제거
__기술적 요구사항
__함수형 연산자를 활용한 중복 제거
____DRY 원칙
____중복과 유사성
____파셜 애플리케이션을 활용한 파라미터 유사성 정리하기
____다른 함수의 출력으로 함수를 호출하는 유사성을 함수형 합성으로 대체하기
____고차원 함수를 활용한 구조적 유사성 제거하기
____고차원 함수를 활용해 숨은 루프 제거하기
__요약

8장. 클래스를 활용해 응집도 향상시키기
__기술적 요구사항
__클래스를 활용해 응집도 향상시키기
____함수형 관점에서의 클래스
__OOP와 함수형 동치
____고응집성 원칙
____응집 함수를 클래스로 묶기
____클래스를 순수 함수로 쪼개기
__요약

9장. 함수형 프로그래밍의 테스트 주도 개발
__기술적 요구사항
__함수형 프로그래밍에서의 TDD
____순수 함수를 위한 유닛 테스트
____TDD 주기
__예시 - TDD를 활용해 순수 함수 설계하기
____포커 패 문제
______요구사항
______1단계 - 생각하기
______예제
______첫 번째 테스트
______첫 번째 테스트 통과하기
______리팩터링
______다시 한 번 생각하기
______더 많은 테스트
______두 번째 테스트
______테스트 통과하기
______리팩터링
______생각하기
______다음 테스트 - 단순 스트레이트 플러시
______테스트 통과하기
______더 진행하기
______isStraightFlush 구현하기
______스트레이트 플러시 확인을 comparePokerHands와 연결하기
______두 스트레이트 플러시 비교하기
______생각하기
______두 스트레이트 플러시 비교하기(계속)
__요약

3부. 함수형 프로그래밍의 장점 활용하기

10장. 퍼포먼스 최적화
__기술적 요구사항
__퍼포먼스 최적화
____퍼포먼스 전달 과정
______측정치와 측정법을 포함한 퍼포먼스의 명확한 목표 정의하기
______퍼포먼스용 몇 가지 코딩 가이드라인 정의하기와 코드의 특정 부분에
______가이드라인을 명확히 유지하고 재단하기
______코드가 동작하도록 만들기
______필요한 곳을 측정해 퍼포먼스 향상시키기
______모니터링 및 개선
__병렬론 - 불변성의 장점 활용하기
__메모이제이션
____메모이제이션 구현하기
____메모이제이션 활용하기
__꼬리 재귀 최적화
____완전 최적화한 호출
____If와 삼항 연산자 비교
____이중 재귀
__비동기 코드를 통한 실행 시간 최적화하기
____퓨처
____함수형 비동기 코드
____리액티브 프로그래밍 맛보기
__메모리 사용 최적화하기
____단순 루프 메모리 측정하기
____인플레이스 transform의 메모리 측정하기
____무브 반복자를 활용한 transform
____솔루션 비교하기
____불변형 데이터 구조
__요약

11장. 특성 기반 테스트
__기술적 요구사항
__특성 기반 테스트
____예제 기반 테스트와 특성 기반 테스트 비교
__생성기
__테스트에 특성 넣기
____00이 정의되지 않음이 되는 특성
____0[1 . maxInt]이 0이 되는 특성
____[1.maxInt]0이 1이 되는 특성
____[0 . maxInt]의 어떤 값에 1제곱을 하면 그 값이 나오는 특성
____특성: xy = xy-1 * x
____결론
__예제로부터 데이터 주도 테스트와 특성까지
__좋은 특성, 나쁜 특성
____구현에 관한 몇 가지 조언
__요약

12장. 순수 함수로 리팩터링하기와 순수 함수를 통한 리팩터링하
__기술적 요구사항
__순수 함수로 리팩터링하기와 순수 함수를 통한
__리팩터링하기
____리팩터링이란?
____레거시 코드의 딜레마
____종속성과 변경
____순수 함수와 프로그램의 구조
____컴파일러와 순수 함수를 활용한 종속성 식별
____레거시 코드를 람다로 변환하기
____람다 리팩터링하기
____람다에서 클래스로 변환하기
____리팩터링 메서드 요점
__디자인 패턴
____함수형 스타일 전략 패턴
____함수형 스타일 명령 패턴
____함수로 의존성 주입
__순수 함수형 디자인 패턴
____상태 유지하기
____밝혀지는 진실
____Maybe
____그렇다면 모나드는 무엇인가?
__요약

13장. 불변성과 아키텍처 - 이벤트 소싱
__기술적 요구사항
__불변성과 아키텍처 - 이벤트 소싱
__아키텍처에 불변성 적용하기
____이벤트 소싱의 장점
____이벤트 소싱의 단점과 함정
______이벤트 스키마 변경
______과거 데이터 삭제
__구현 예제
____데이터를 어떻게 가져올 것인가?
____참조 무결성은 어떻게 해결하는가?
__요약

4부. C++의 함수형 프로그래밍의 현재와 미래

14장. 범위 라이브러리를 활용한 게으른 평가
__기술적 요구사항
__범위 라이브러리 개괄
__게으른 평가
__범위 라이브러리를 활용한 게으른 평가
__액션으로 변형 가능한 변경
__무한 수열과 데이터 생성
____문자열 생성하기
__요약

15장. STL의 현재와 미래
__기술적 요구사항
__functional 헤더
__algorithm 헤더
____컬렉션의 각 객체에서 특성 하나 꺼내오기
____조건 계산하기
____표시나 연속이 가능한 포맷으로 변환하기
__numeric 헤더 - accumulate
____쇼핑 카트에 세금이 포함된 총가격 계산하기
____리스트를 JSON으로 변환하기
__algorithm으로 돌아가기 - find_if와 copy_if
__optional과 variant
__C++ 20과 범위 라이브러리
__요약

16장. 표준 언어의 현재와 미래
__기술적 요구사항
__표준 언어의 현재와 미래
____순수 함수
____람다
____파셜 애플리케이션과 커링
____함수형 합성

출판사 서평

◈ 이 책에서 다루는 내용 ◈

◆ 함수형 프로그래밍의 기초
◆ 함수형 프로그래밍의 빌딩 블록의 이해를 통한 코드 구조화
◆ 함수형 프로그래밍과 객체지향 프로그래밍(OOP) 간의 설계 방식 차이
◆ C++에서 새로운 함수를 생성하는 커링의 개념 활용법
◆ 함수형 방식으로 디자인 패턴을 구현하는 기술
◆ 함수형 프로그래밍을 활용한 멀티스레딩 개념
◆ 함수형 구조 활용 시 메모리 소모 개선법

◈ 이 책의 대상 독자 ◈

이미 C++(언어 문법, STL 컨테이너, 템플릿 원소를 포함한)을 다뤄봤으나 도구상자에 도구를 더 많이 추가하고 싶은 프로그래머를 위한 책이다. 모든 아이디어를 명확하고 실용적인 방식으로 섬세하게 설명하고 있어 함수형 프로그래밍을 전혀 모르는 사람이 읽어도 이해할 수 있다.


◈ 이 책의 구성 ◈

1장, ‘함수형 프로그래밍 소개’에서는 함수형 프로그래밍의 기본적인 아이디어를 소개한다.
2장, ‘순수 함수 이해하기’에서는 함수형 프로그래밍의 기본적인 빌딩 블록과 불변성에 중점을 둔 함수와 C++에서 그것을 작성하는 방법을 가르쳐준다.
3장, ‘람다에 깊이 뛰어들기’에서는 람다와 C++에서 람다를 작성하는 방법에 초점을 맞춘다.
4장, ‘함수 합성 아이디어’에서는 고차원 연산자로 함수를 합성하는 방법을 살펴본다.
5장, ‘파셜 애플리케이션과 커링’에서는 2가지 함수의 기본 연산자인 파셜 애플리케이션과 커링을 C++에서 활용하는 방법을 가르쳐준다.
6장, ‘함수로 사고하기 - 데이터 입력에서 데이터 출력까지’에서는 함수 중심 설계를 적용해코드를 구성하는 다른 방식을 알려준다.
7장, ‘함수형 연산자로 중복 제거하기’에서는 반복 금지(DRY) 원칙을 전체적으로 살펴본다. 중복 코드의 종류와 코드 유사성을 살펴보고 합성, 파셜 애플리케이션, 커링 같은 함수형 연산자를 활용해 코드를 더 DRY하게 작성하는 방법을 소개한다.
8장, ‘클래스를 활용한 코드 응집도 개선하기’에서는 함수를 클래스로 진화시키는 방법과 클래스를 함수로 변환하는 방법을 보여준다.
9장, ‘함수형 프로그래밍의 테스트 주도 개발’에서는 함수형 프로그래밍으로 테스트 주도 개발(TDD)을 하는 방법과 불변성과 순수 함수로 테스트를 간결화하는 방법을 살펴본다.
10장, ‘퍼포먼스 최적화’에서는 메모이제이션, 꼬리 재귀 최적화, 병렬 수행을 포함한 함수 중심 설계 퍼포먼스를 최적화하는 특정 방법을 심도 있게 살펴본다.
11장, ‘특성 기반 테스트’에서는 함수형 프로그래밍이 신규 패러다임인 테스트 작성을 자동화하는 방법을 살펴본다. 이 테스트는 데이터 생성으로 예제 기반 테스트를 강화한다.
12장, ‘순수 함수로 리팩터링하기와 순수 함수를 통한 리팩터링하기’에서는 최소한의 위험을감수하면서 기존 코드를 순수 함수로 리팩터링한 후 클래스로 다시 되돌리는 방법을 설명한다. 몇 가지 함수형 디자인 패턴과 클래식 디자인 패턴도 살펴볼 것이다.
13장, ‘불변성과 아키텍처 - 이벤트 소싱’에서는 불변성이 데이터 저장소 수준으로 옮길 수 있다는 것을 설명한다. 이벤트 소싱을 활용하는 방법을 살펴보고 장점과 단점을 논의한다.
14장, ‘범위 라이브러리를 활용한 게으른 평가’에서는 경이로운 범위 라이브러리를 깊이 살펴보고 C++ 17과 C++ 20에서 이를 활용하는 방법을 보여준다.
15장, ‘STL의 현재와 미래’에서는 C++ 17 표준에 있는 STL의 함수형 관련 기능을 살펴보고 C++ 20에 추가된 몇 가지 흥미로운 기능을 살펴본다.
16장, ‘표준의 현재와 미래’에서는 함수형 프로그래밍의 기초적인 빌딩 블록과 C++ 17 표준에서 이것을 활용하기 위한 다양한 옵션을 개략적으로 살펴보면서 이 책을 마무리한다

◈ 옮긴이의 말 ◈

C++는 과거에 가장 인기 있는 언어 중 하나였습니다. 하지만 하드웨어의 비약적인 성능 향상에 따라 상대적으로 퍼포먼스에 대한 중요도가 낮아지고 프로그래머의 생산성 중요도가 커지면서 시장에서 많은 관심을 잃은 상황입니다. 그러나 여전히 C++는 강력한 성능을 자랑하고 진화하고 있습니다. 컴퓨터 언어 패러다임들이 발전하면서 C++도 서서히 최근 언어들이 지향하는 가치들을 흡수하기 시작했습니다.
람다는 C++ 11에서 처음 등장했고 C++ 17에서는 map이 등장하여 C++로도 제법 손쉽게 함수형 프로그래밍을 즐길 수 있게 됐습니다. 함수형 프로그래밍은 병렬 처리에 아주 특화돼 있습니다. 멀티코어 CPU가 아닌 CPU를 찾아볼 수가 없고 앞서 이야기한 것처럼 C++는 아주 빠르게 동작하는 바이너리를 생성해내기 좋습니다. 설레지 않으신가요? C++와 함수형 프로그래밍이 만나면 무슨 일이 벌어질까요?
이 책은 함수형 프로그래밍에 대해 설명하고 이와 관련된 큼직한 주제들을 모두 다룹니다.이 책 한 권이면 C++로 함수형 프로그래밍을 전개하는 데 충분할 것이라 생각합니다. 역자로서 독자분들이 이 책을 읽고 함수형 프로그래밍의 강력함을 느끼고 현업에서도 유용하게 적용할 수 있길 희망합니다.

작가정보

저자(글) 알렉산드루 볼보아카

Alexandru Bolboaca
20년 동안 소프트웨어 개발업계에서 주니어 프로그래머에서 테크니컬 리더와 소프트웨어 아키텍트를 거쳐 테크니컬 코치와 트레이너가 됐다. 작업 방식과 테스트 접근법과 코드 개선에 경험이 풍부하다. 『Usable Software Design』(2016)과 『Coderetreat』(2016)를 썼다.

번역 최동훈

캐나다 밴쿠버 마스터카드에서 시니어 소프트웨어 엔지니어로 근무 중이다. 회사에서 일하는 시간이 즐거운 12년차 데브옵스 개발자로 데브옵스 문화를 추구한다.

작가의 말

이 책은 오래된 아이디어 함수형 프로그래밍과 고전 프로그래밍 언어 C++ 둘을 결합한 것이다. 함수형 프로그래밍은 1950년 무렵부터 있었지만 수학적 기반 때문에 수년 동안 소프트웨어 개발 분야 주류의 관심을 끌기에는 한계가 있었다. 멀티코어 CPU와 빅데이터의 도래로 병렬화의 필요성과 프로그래밍 언어 설계자의 람다와 불변성에 대한 관심 덕분에 함수형 프로그래밍은 C#, 자바, PHP, 자바스크립트, 파이썬, 루비를 포함한 주요 프로그래밍 언어에 점점 더 많이 도입됐다. C++와 함수형 프로그래밍은 함수 포인터, 펑터, 특정 구조의 장점을 활용하게 해주는 STL 알고리듬 같은 기능과는 불가분의 관계다.
이 책에서는 초보자든 전문가든 함수형 프로그래밍 개념을 C++에서 활용하는 방법, 이것이 기존 코드 베이스를 관리하고 향상시키는 데 유용한 이유 역시 배울 것이다. 모든 아이디어를 간결한 코드 샘플과 유닛 테스트로 검증하는 것도 소개할 것이다. 이 샘플 코드로 직접 돌려보길 권한다.
학습 경험을 최적화하기 위해 모든 아이디어가 간결한 방식으로 이해 흐름을 따라가면서 표현되도록 각별히 노력했다. 그 과정에서 특정 구조 사용을 과장하기도 했다. 예를 들어 샘플 코드에 람다를 많이 사용한 것은 람다를 어떻게 사용하는지 보여주려는 것이다. 함수형 프로그래밍을 배우는 가장 좋은 방법은 람다 세상과 람다의 연산자에 온전히 뛰어드는 것이라고 믿는다. 이 접근법을 상용에서의 접근법과 분리해 생각하길 바란다. 사실 이 개념을 스스로 실험해본 후 상용코드에 맞는 개념을 적용해볼 것을 권한다. 이 목표를 달성하기 위해 함수에 연산자를 적용하는 다양한 방법을 적었다. 이 방법을 통해 다양한 컨텍스트에서 사용할 수 있는 충분한 도구를 갖추게 될 것이다.