[면접을 위한 CS 전공 지식 노트] 1장 디자인 패턴: 프로그래밍과 패러다임[2]

0. 프로그래밍 패러다임

정의: 프로그래머에게 프로그래밍의 관점을 갖게 해주는 역할을 하는 개발 방법론

프로그래밍 패러다임은 크게 선언형, 명령형으로 나눈다.

선언형: 함수형이라는 하위 집합을 갖는다.

명령형: 객체지향, 절차지향으로 나눈다.

1. 선언형과 함수형 프로그래밍 (declarative programming)

선언형 프로그래밍

정의: '무엇을’ 풀어내는가에 집중하는 패러다임이며, “프로그램은 함수로 이루어진 것이다.”라는 명제가 담겨 있는 패러다임이기도 하다.

함수형 프로그래밍

정의: 선언형 패러다임의 일종이며, 작은 ‘순수 함수’들을 블록처럼 쌓아 로직을 구현하고 ‘고차 함수’를 통해 재사용성을 높인 프로그래밍 패러다임이다.

<자연수로 이루어진 배열에서 최댓값을 찾는 로직>

const ret = [1, 2, 3, 4, 5, 11, 12]
.reduce((max, num) => num > max ? num : max, 0)
console.log(ret) // 12

reduce()는 ‘배열’만 받아서 누적한 결괏값을 반환하는 순수 함수이다.

순수 함수: 출력이 입력에만 의존하는 것을 의미

const pure = (a, b) => {
    return a + b
}

(pure 함수는 들어오는 매개변수 a, b**에만 영향을 받는다.** 만약 a, b 말고 다른 전역 변수 c 등이 이 출력에 영향을 주면 순수 함수가 아니다.)

고차 함수: 함수가 함수를 값처럼 매개변수로 받아 로직을 생성할 수 있는 것을 말한다.
고차 함수를 쓰기 위해서는 해당 언어가 일급 객체라는 특징을 가져야 한다.

일급 객체의 특징

1. 변수나 메서드에 함수를 할당할 수 있습니다.

2. 함수 안에 함수를 매개변수로 담을 수 있습니다.

3. 함수가 함수를 반환할 수 있습니다.

2. 객체지향 프로그래밍 (OOP, Object-Oriented Programming)

정의: 명령형 프로그래밍의 일종이고, 객체들의 집합으로 프로그램의 상호 작용을 표현하며 데이터를 객체로 취급하여 객체 내부에 선언된 메서드를 활용하는 방식

- 설계에 많은 시간이 소요되며 처리 속도가 다른 프로그래밍 패러다임에 비해 상대적으로 느리다.

객체지향 프로그래밍의 4가지 특징

1. '추상화'

:복잡한 시스템으로부터 핵심적인 개념 또는 기능을 간추려내는 것을 의미

2. 캡슐화

: 객체의 속성과 메서드를 하나로 묶고 일부를 외부에 감추어 은닉하는 것

3. 상속성

: 상위 클래스의 특성을 하위 클래스가 이어받아서 재사용하거나 추가, 확장하는 것

4. 다형성

: 하나의 메서드나 클래스가 다양한 방법으로 동작하는 것(ex: 오버로딩, 오버라이딩)

오버로딩(overloading)은 같은 이름을 가진 메서드를 여러 개 두는 것을 의미한다. 메서드의 타입, 매개변수의 유형, 개수 등으로 여러 개를 둘수있다. (컴파일 중에 발생하므로 ‘정적’ 다형성)

class Person {

    public void eat(String a) {
        System.out.println("I eat " + a);
    }

    public void eat(String a, String b) {
        System.out.println("I eat " + a + " and " + b);
    }
}

public class CalculateArea {

    public static void main(String[] args) {
        Person a = new Person();
        a.eat("apple");
        a.eat("tomato", "phodo");
    }
}
/*
I eat apple
I eat tomato and phodo
*/

매개변수의 개수에 따라 다른 함수가 호출된다.

오버라이딩(overriding)은 주로 메서드 오버라이딩(method overriding)을 말하며 상위 클래스로부터 상속받은 메서드를 하위 클래스가 재정의하는 것을 의미(런타임중 발생하므로 '동적' 다형성)

class Animal {
    public void bark() {
        System.out.println("mumu! mumu!");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    public void bark() {
        System.out.println("wal!!! wal!!!");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog d = new Dog();
        d.bark();
    }
}
/*
wal!!! wal!!!
*/

부모 클래스는 mumu! mumu!로 짖게 만들었지만 자식 클래스에서 wal!!! wal!!!로 짖게 만들었더니 자식 클래스 기반으로 메서드가 재정의됨.

설계 원칙(SOLID)

S는 단일 책임 원칙, O는 개방-폐쇄 원칙, L은 리스코프 치환 원칙, I는 인터페이스 분리 원칙, D는 의존 역전 원칙을 의미.

단일 책임 원칙(SRP, Single Responsibility Principle)은 모든 클래스는 각각 하나의 책임만 가져야 하는 원칙이다.

예를 들어 A라는 로직이 존재한다면 어떠한 클래스는 A에 관한 클래스여야 하고 이를 수정한다고 했을 때도 A와 관련된 수정이어야 한다.

개방-폐쇄 원칙(OCP, Open Closed Principle)은 유지 보수 사항이 생긴다면 코드를 쉽게 확장할 수 있도록 하고 수정할 때는 닫혀 있어야 하는 원칙이다. 즉, 기존의 코드는 잘 변경하지 않으면서도 확장은 쉽게 할 수 있어야 함을 의미.

리스코프 치환 원칙(LSP, Liskov Substitution Principle)은 프로그램의 객체는 프로그램의 정확성을 깨뜨리지 않으면서 하위 타입의 인스턴스로 바꿀 수 있어야 하는 것을 의미한다.

클래스는 상속이 되기 마련이고 부모, 자식이라는 계층 관계가 만들어진다. 이때 부모 객체에 자식 객체를 넣어도 시스템이 문제없이 돌아가게 만드는 것을 말한다.

A객체가 B객체의 자식 계층일 때 A객체를 B객체와 바꿔도 문제가 없어야 하는 것을 말한다.

(상속을 통해 부모의 모든 특성(메서드)를 부여 받았기 때문에)

인터페이스 분리 원칙(ISP, Interface Segregation Principle)은 하나의 일반적인 인터페이스보다 구체적인 여러 개의 인터페이스를 만들어야 하는 원칙을 말한다.

의존 역전 원칙(DIP, Dependency Inversion Principle)은 자신보다 변하기 쉬운 것에 의존하던 것을 추상화된 인터페이스나 상위 클래스를 두어 변하기 쉬운 것의 변화에 영향받지 않게 하는 원칙을 말한다. 예를 들어 타이어를 갈아끼울 수 있는 틀을 만들어 놓은 후 다양한 타이어를 교체할 수 있어야 한다. 즉, 상위 계층은 하위 계층의 변화에 대한 구현으로부터 독립해야 한다.

3. 절차형 프로그래밍 (Procedural Programming)

정의: 명령형 프로그래밍의 일종으로, 단순히 순차적인 명령 수행이 아니라 루틴, 서브루틴, 메소드, 함수 등(이를 통틀어 프로시저라고 한다.)을 이용한 프로그래밍 패러다임

ex: c, 포트란, 베이직

'절차적 프로그래밍'이라는 한국어 번역은 오해의 여지가 크다. Procedural Programming에서 Procedural를 '절차적'으로 번역해버려서 마치 절차적으로 실행하는 것이 중점이 되는 것처럼 보이기 때문이다. 그런데 절차적이지 않은 프로그래밍이란 건 애초에 존재하지 않는다. Procedural의 Procedure는 '절차'라는 의미가 아니라 '프로시저'(함수 등)**의 의미이다.**

절차적 프로그래밍의 오묘한 네이밍 때문에 순차적 프로그래밍, 객체지향 프로그래밍, 함수형 프로그래밍과의 관계를 오해하기 쉽다. 가령 순차적 프로그래밍과의 비교에서 순차적 프로그래밍은 순차를 중시하고 절차적 프로그래밍은 절차를 중시한다는 이상한 논리를 가져다 대는 경우가 있다.

이는 번역의 문제로 위의 문단을 읽었으면 코드를 단순히 실행 순서의 관점으로만 보는 순차적 프로그래밍과 프로시저 단위로 보는 절차적 프로그래밍과의 차이를 알 수 있다.

객체지향의 반대 개념은 절차적 프로그래밍이 아니다. 절차적 프로그래밍의 관점이 프로시저에서 객체로 확장된 것에 가깝기에 일치한다고 볼 수는 없어도 서로 공유하는 부분이 차이보다 더 많다. 애당초 둘다 명령형 프로그래밍의 하위개념이다. 그래서 보통 제대로 된 서적에서 객체지향과 비교할 때는 "객체지향과 일반적인 절차적 프로그래밍(쉽게말해서 객체를 사용하지 않는)"이라는 단서를 붙힌다.

현대 프로그래밍 언어에서의 프로시저와 함수의 구분은 없어진 것이나 다름없기에 함수형 프로그래밍과 절차적 프로그래밍이 동등한 것이냐는 이야기가 있다. 그러나 함수형 프로그래밍의 관점은 순수함수와 일등객체인 함수에 관심이 있는 것이고 절차적 프로그래밍은 함수(그리고 이를 관리하는 모듈)에 의한 재사용성에 초점을 둔 것이기에 두 개념은 차이가 있다.

장점

1. 코드의 재사용성

- 기능(프로시저,함수)를 묶어 구조화할수 있으므로 재활용하기 좋다.

2. 가독성

- 메인 프로시저뿐만 아니라 함수등 담당하는 기능만 호출하여 결과를 확인할 수 있으므로 직관적이고, 일이 진행되는 방식으로 그저 코드를 구현하기만 하면 되기에 프 로그램 흐름을 쉽게 볼 수 있으므로 가독성이 높다.

단점

1. 모듈화가 어렵다.

- 기능을 구조화 하는데 있어 시간이 오래걸린다. 기능을 구현하기 위한 함수를 만들고, 인자를 전달하는 등 과정이 복잡하다.

2. 유지보수성이 떨어진다.

- 절차적 프로그래밍 또한 순차적인 단계로 실행되는 구조이기에 순서가 바뀌거나, 코드상 오류가 발생시 큰 문제점이 된다.

4. 패러다임의 혼합

비즈니스 로직이나 서비스의 특징을 고려해서 패러다임을 정하는 것이 좋다. 하나의 패러다임을 기반으로 통일하여 서비스를 구축하는 것도 좋은 생각이지만 여러 패러다임을 조합하여 상황과 맥락에 따라 패러다임 간의 장점만 취해 개발하는 것이 좋다.

예를 들어, 백엔드에 머신 러닝 파이프라인과 거래 관련 로직이 있다면 머신 러닝 파이프라인은 절차지향형 패러다임, 거래 관련 로직은 함수형 프로그래밍을 적용하는 것이 좋다.