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Programming in Scala의 한글 요약 Chapter3. https://github.com/trent-92/Programming-in-Scala

Programming in Scala

Chapter 3

배열 초기화

객체를 인스턴스화(생성)할때, 값과 타입을 파라미터로 넘길 수 있다. 이를 인스턴스를 **파라미터화(parameterization)**한다고 한다. 다음 코드는 "12345"라는 값으로 새로운 java.math.BigInteger 인스턴스를 파라미터화 한 것이다.

val big = new java.math.BigInteger("12345")

다음 코드는 새로운 배열 인스턴스를 타입으로 파라미터화 한 것이다. 중괄호 안에 하나 이상의 타입을 명시함으로서, 인스턴스를 타입으로 파라미터화 할 수 있다.

val strings = new Array[String](3)
//Parametrization with type String and variable 3

strings(0) = "Hi. "
strings(1) = "My Very First "
strings(2) = "Scala Experience."

for(i <- 0 to 2)
	print(strings(i))

스칼라에서는 자바와 달리 배열 인덱스를 괄호(())에 넣어서 배열 원소에 접근한다.

방금 다룬 코드는 다음과 같은 주안점들을 가지고 있다.

  • 어떤 변수를 val로 지정하면 그 변수를 재할당 할 수 없으나, 그 변수가 나타내는 객체는 기본적으로 변경 가능하다. 즉, 위의 코드에서 strings 변수는 다시 할당할 수 없으므로 항상 Array[String] 타입의 배열을 가리킨다. 하지만 해당 Array[String]의 원소는 언제나 변경할 수 있다, 즉 변경 가능(mutable) 하다.
  • 메소드가 파라미터를 하나만 요구하는 경우, 그 메소드를 점(.)과 괄호(()) 없이 호출할 수 있다. 위 코드의 0 to 2는 실제로는 (0).to(2)라는 메소드 호출로 바뀐다(to는 실제로는 Int라는 클래스의 메소드이다). 이 문법은 호출 대상 객체를 명시적으로 지정할 때에만 사용할 수 있다.
    • 스칼라는 연산자 오버로드를 제공하지 않는다. 다만 +, -, *, / 등의 전통적인 연산자 문자들을 메소드 이름으로 사용할 수 있다. 따라서, 1 + 2 라는 코드는 실제로는 (1).+(2)로 처리되는 것이다. *스칼라의 모든 연산자는 메소드 호출과 같다.
  • 스칼라의 배열 원소는 자바와 달리 괄호를 사용하여 접근하여야 한다. 변수 뒤에 하나 이상의 값을 괄호로 둘러싸서 호출하면 스칼라는 그 변수에 대해 해당 값들을 인수로 가진 apply라는 메소드를 호출하는 것으로 바꾸어서 적용한다. 따라서 strings(i)strings.apply(i)와 같다. 이 원칙은 배열 뿐만 아니라 어떤 종류의 객체던 똫같이 적용된다. 즉, 스칼라에서의 배열 원소 접근은 특별한 형태가 아니고 일반적인 규칙에 따른 것이다.
    • 마찬가지로, 괄호로 둘러싼 인자들이 있는 표현식에 할당을 하면 괄호 안과 등호 오른쪽의 값을 모두 인자로 넣어 update 메소드를 호출한다. strings(i) = "Hello"strings.update(i, "Hello")와 같다.

즉 위에서 다룬 코드는 다음과 같이도 표현할 수 있다.

val strings: Array[String] = new Array[String](3)

strings.update(0, "Hi. ")
strings.update(1, "My Very First ")
strings.update(2, "Scala Experience.")

for(i <- (0).to(2))
	print(strings.apply(i))

NOTE) 스칼라는 배열부터 수식까지 모든 것을 메소드가 있는 객체로 다루며, 이를 통해 개념을 단순화한다. 스칼라에서는 자바와 달리 특별한 경우를 기억할 필요가 없다.

스칼라에서는 배열을 초기화하기 위한 더 간편한 방법이 있다.

val strings = Array("Hello ", "This is ", "Scala")
//인자들이 모두 String이므로 Array[String]으로 타입 유추되었다.

이 코드는 실제로 apply라는 이름의 **팩토리 메소드(factory method)**를 호출한다. 이 메소드는 새로운 배열을 만들어서 반환한다. apply 메소드는 임의 개수의 인자를 받을 수 있으며, Array의 **동반 객체(companion object)**에 정의되어 있다(자바에서 클래스의 정적 메소드(static method)를 호출하는 것과 유사하다). 즉, 다음과 같이도 표현할 수 있다.

val strings = Array.apply("Hello ", "This is ", "Scala")

리스트

함수형 프로그래밍의 가장 큰 착안점 중 하나는, 메소드에 **부수 효과(side effect)**가 없어야 한다는 것이다. 메소드의 유일한 동작은 계산을 하여 값을 반환하는 것 뿐이어야 한다. 이는 메소드를 더 신뢰하고 사용할 수 있다는 이점을 주고, 정적 타입의 언어에서는 메소드에 들어가는 인자들과 반환값을 타입 검사기가 검사하기 때문에 논리적 오류가 타입 오류의 형태로 드러날 확률이 높다는 이점을 준다. 이런 함수형 프로그래밍의 철학을 적용하기 위해서, 변경 불가능한(immutable) 객체가 권장된다.

스칼라의 **리스트(List)**는 같은 타입의 객체로 이뤄진 변경 불가능한 시퀀스로서, 함수형 프로그래밍을 위해 설계된 클래스이다. 스칼라의 리스트 scala.List는 변경 불가능하다는 점에서 자바의 java.util.List와 다르다. 리스트는 다음과 같이 정의한다.

val simpleList = List(1, 2, 3)
//Array의 경우와 같이 apply() 팩토리 메소드가 적용된 경우이다.

List는 변경 불가능하기 때문에 자바의 String과 비슷하게 동작한다. 즉, 리스트의 내용을 변경하는 것 같아 보이는 메소드를 호출하면 새 값을 갖는 리스트를 새로 만들어서 반환한다. 다음의 예는 두 리스트를 이어붙이는 ::: 메소드를 사용한 것이다.

val simpleList1 = List(1, 2, 3)
val simpleList2 = List(4, 5, 6)
val resultList = simpleList1 ::: simpleList2    //List(1, 2, 3, 4, 5, 6)

println(simpleList1 + " and " + simpleList2 + " are not mutated.")
println("Therefore, " + resultList + " is a new list.")

다음의 코드는 새 원소를 기존 리스트의 앞에 추가하여 반환하는 :: 메소드의 예시이다. :: 메소드는 **콘즈(cons)**라고 부르며, 리스트에서 가장 자주 사용하는 연산자들 중의 하나이다.

val simpleList = List(1,2,3)
val resultList = 0 :: simpleList

println(resultList)     //List(0, 1, 2, 3)

Note) 0 :: simpleList에서 ::는 오른쪽에 있는 피연산자 List인 simpleList의 메소드이다. 이는 행렬에서 살펴보았던 * 나 to같은 메소드와 달리, :로 끝나는 메소드의 경우 연산자 표기법으로 사용할 시 오른쪽의 피연산자에 대해 호출을 한다는 규칙에 의해서이다.

빈 리스트(Nil)와 콘즈 연산자를 사용하여 다음과 같은 방법으로도 새로운 리스트를 초기화할 수 있다.

val resultList = 1 :: 2 :: 3 :: Nil
println(resultList)     //List(1, 2, 3)

튜플

스칼라에서 **튜플(tuple)**은 각기 다른 타입의 원소를 넣을 수 있는, 변경 불가능한 컨테이너 객체이다. 튜플은 다음과 같이 인스턴스화 할 수 있다. 또한 ._N이란 문법을 통해 N번째 원소에 접근할 수 있다. 스칼라 튜플의 인덱스는 1부터 시작한다.

val pair = (99, "Luftballons")
println(pair._1)    //99
println(pair._2)    //Luftballons

튜플의 실제 타입은 내부에 들어 있는 원소의 개수와 각각의 타입에 따라 바귄다. 따라서 (99, "Luftballons")의 타입은 Tuple2[Int, String]이고, ('a', 'b', 12, "alpha")의 타입은 Tuple4[Char, Char, Int, String]이다. 개념적으로 원하는 길이의 튜플을 마음대로 만들 수 있지만, 현재 스칼라 라이브러리는 Tuple22까지만 지원한다.

집합과 맵

스칼라의 목적은 프로그래머들이 함수형 스타일과 명령형 스타일의 장점을 모두 취할 수 있게 돕는 것이다. 이를 위해, 스칼라 컬렉션 라이브러리는 변경 가능한 컬랙션과 변경 불가능한 컬렉션을 구분하여 제공한다. 예를 들어 배열은 항상 변경 가능하지만, 리스트는 항상 변경 불가능하다. 집합과 맵의 경우, 변경 가능한 것과 변경 불가능 한 것을 다른 패키지(scala.collection.immutable, scala.collection.mutable)의 두가지 트레이트(trait) 및 클래스들을 통해 모두 제공한다.

NOTE) 트레이트는 자바의 인터페이스와 비슷한 개념이다. 자바는 인터페이스를 구현(implement)하지만, 스칼라에서는 트레이트를 확장(extend)하거나 혼합(mix in)하는 차이점이 있다.

예를 들어 스칼라의 **집합(Set)**은 scala.collection패키지 내부에서 다음과 같은 계층 구조를 가지고 있다.

.immutable.Set 트레이트와 .mutable.Set 트레이트는 .Set 트레이트를 확장한다.
.immutable.HashSet 클래스와 .mutable.HashSet 클래스는 각각 .immutable.Set와 .mutable.Set 트레이트를 확장한다.

변경 불가능한 집합의 인스턴스화 및 사용은 다음과 같다.

var carMakers = Set("Hyundai", "Toyota")
//+=을 통한 재할당을 위해서는 carMakers가 변경 가능한 변수(var)여야 한다.

carMakers += "GM"
//carMakers = carMakers + "GM"과 같다.
//carMakers 집합에 "GM" 원소를 추가하여 리턴한 새로운 집합을 다시 carMakers에 할당함.

println(carMakers.contains("KIA"))

변경 가능한 집합을 사용하려면, 변경 불가능한 집합과 달리 scala.collection.mutable.Set 트레이트를 **임포트(import)**해주어야 한다.

import scala.collection.mutable.Set

val carMakers = Set("Hyundai", "Toyota")
//재할당이 아닌 += 메소드를 통한 변경이므로, 변경 불가능한 변수(val)로 설정한다.

carMakers += "GM"
//mutable Set에는 +=이란 메소드가 있어서, 실제로는 carMakers.+=("GM")과 같다.

println(carMakers)

다음은 원하는 종류의 집합(HashSet)을 지정해서 사용하는 경우의 예시이다.

import scala.collection.immutable.HashSet

val hashSet = HashSet("Seoul", "Busan")
println(hashSet + "Daejeon")

**맵(Map)**또한 집합과 마찬가지로 변경 가능한 것과 변경 불가능한 것이 있다. 변경 가능한 맵의 인스턴스화 및 사용은 다음과 같다.

import scala.collection.mutable.Map

val instructionMap = Map[Int, String]()
//Map을 원소들과 함께 초기화 하지 않았으므로 컴파일러가 타입을 유추할 수가 없다.
//따라서 Map의 변수들의 타입을 명시적으로 지정해주어야 한다.

instructionMap += (1 -> "Turn on the Computer")
//instructionMap.+=(1.->("Turn on the Computer"))와 같다.

instructionMap += (2 -> "Run shell")
instructionMap += (3 -> "Type scala")

println(instructionMap(2))

위의 코드에서의 1 -> "Turn on the Computer"는 앞에서 살펴보았듯이 1.->("Turn on the Computer")와 같다. 스칼라에서 -> 메소드를 어떤 객체에 대해 호출하면, 해당 객체를 키로하고 인자로 받은다른 객체를 값으로 하는 원소가 2개인 튜플을 만들어 반환한다. 스칼라에서 -> 메소드를 모든 객체에 적용 가능하게 만들 수 있는 메커니즘을 **암시적 변환(implicit conversion)**이라고 한다(차후에 살펴볼 것이다.)

변경 불가능한 맵은 다음과 같이 인스턴스화하고 사용할 수 있다.

val immutableMap = Map(
    1 -> "I", 2 -> "II", 3 -> "III", 4 -> "IV"
)
println(immutableMap(1))

함수형 프로그래밍

스칼라를 사용하여 명령형 프로그래밍 보다는 함수형 스타일을 더욱 활용할 것을 권장한다. 어떤 프로그램이 함수형 스타일인지 코드상에서 쉽게 확인할 수 있는 방법은 다음과 같다.

  • 코드에 변경 가능한 변수(var)가 존재하는지 확인한다.

    코드에 var 변수가 있다면 그 코드는 명령형 스타일이다. 오직 val 변수만 존재한다면, 그 코드는 함수형 스타일일 가능성이 높다. 다음 코드를 보자.

    def printArgs(args: Array[String]) : Unit = {
        var i = 0
        while (i < args.length) {
            println(args(i))
            i += 1
        }
    }

    이 코드는 var 변수가 있으므로 명령형이다. var을 없앰으로서 해당 코드를 더 함수적으로 만들 수 있다.

    def printArgs(args: Array[String]) : Unit = {
        for (arg <- args)
            println(arg)
    }

    혹은 더 축약할 수도 있다.

    def printArgs(args: Array[String]) : Unit = {
      args.foreach(println)
    }

    리팩토링 된 코드는 더 명확하고 간결하며, 원래의 명령형 코드에 비해 오류 가능성이 낮다. 그러나 이 함수 내부에 표준 출력 스트림에 글자를 찍는 **부수효과(side effect)**를 가지고 있기 때문에, 완전한 함수형 코드라고 할 수 없다.

  • 함수가 값을 리턴하지 않는지(함수의 타입이 Unit인지) 확인한다.

    만약 함수의 타입이 Unit이라면, 이 함수가 주변 세계에 영향을 끼칠 수 있는 유일한 방법은 어떤 형태로든 부수 효과를 통하는 것일 수 밖에 없다. 이보다는 유의미한 값을 리턴하는 함수가 더욱 함수형 스타일이다. 위의 코드를 더 함수적으로 표현하면 다음과 같다.

    def formatArgs(args: Array[String]) = args.mkString("\n")

    mkString 메서드는 대상 Collection의 각각 원소에 toString을 호출하여 얻은 문자열 사이에 인자로 넘긴 문자열을 끼워 넣은 문자열을 반환한다. 이 함수는 이전 printArgs 함수와 달리 실제 아무 값도 출력하지 않는다. 하지만 결과를 print에 넘기면 쉽게 화면에 출력할 수 있다.

    이러한 접근 방식의 장점 중 하나는 프로그램을 테스트하기 더 쉽다는 것이다. printArgs 함수를 테스트하려면 println 함수를 수정하여 들어온 인자를 원하는 값과 비교하도록 바꾸어야 한다. 반면, formatArgs 함수는 그냥 결과 값을 원하는 문자열과 비교하면 된다. 다음 코드는 formatArgs 함수를 테스트한다.

    val res = formatArgs(Array("zero", "one", "two"))
    assert(res == "zero\none\ntwo")
    // assert의 인자가 거짓일 경우 : throw AssertionError

    NOTE) val, 변경 불가능한 객체, 부수 효과가 없는 메소드를 더 많이 사용하라. 먼저 그런 접근 방법을 시도해 보라. var, 변경 가능한 객체, 부수 효과가 있는 메소드를 사용해야 할 구체적인 필요성이 있고 그런 이유를 정당화할 수 있는 경우에만 var, 변경 가능 객체, 부수효과를 사용하라.

스크립트 예시

다음은 어떤 파일의 모든 줄의 문자 개수를 줄을 맞춰 출력하는 프로그램이다.

import scala.io.Source

def widthOfLength(s:String) = s.length.toString.length
//한 라인의 길이를 표현한 String의 너비를 나타낸다.

if(args.length > 0) {
    val lines = Source.fromFile(args(0)).getLines().toList
    //getLines()는 Iterator[String]을 반환하므로, toList를 통해 리스트 변수로 바꾸어야 한다.

/*
    var maxWidth = 0
    for (line <- lines)
        maxWidth = maxWidth.max(widthOfLength(line))
*/
//lines 리스트에서 각각의 라인들의 widthOfLength의 최대값을 찾는, var 변수를 사용한 코드이다.

    val longestLine = lines.reduceLeft(
        (a, b) => if (a.length > b.length) a else b
    )
    val maxWidth = widthOfLength(longestLine)
    //lines 리스트에서 각각의 라인들의 widthOfLength의 최대값을 찾는, val 변수를 사용한 코드이다.
    //먼저 리스트가 지원하는 reduceLeft 메소드를 통해 가장 긴 라인을 찾고, 그 라인의 너비를 구한다.

    for (line <- lines) {
        val numSpaces = maxWidth - widthOfLength(line)
        val padding = " " * numSpaces
        println(padding + line.length + " | " + line)
    }
    // 원하는 포맷에 맞추어 파일의 내용을 출력한다.
}
else
    Console.err.println("Please enter filename")
    //에러 메시지를 stderr에 출력한다.

위의 프로그램을 (주석을 제거한) 자체 소스코드에 실행하면, 다음과 같은 형식으로 출력된다.

22 | import scala.io.Source
 0 |
54 | def widthOfLength(s:String) = s.length.toString.length
 0 |
21 | if(args.length > 0) {
56 |   val lines = Source.fromFile(args(0)).getLines().toList
37 |   val longestLine = lines.reduceLeft(
47 |     (a, b) => if (a.length > b.length) a else b
 3 |   )
43 |   val maxWidth = widthOfLength(longestLine)
23 |   for (line <- lines) {
58 |     val numSpaces = " " * (maxWidth - widthOfLength(line))
23 |     val padding = " | "
53 |     println(numSpaces + line.length + padding + line)
 3 |   }
 1 | }
 4 | else
46 |   Console.err.println("Please enter filename")

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