# 제14장 에이다의 함수형 프로그래밍 패러다임
## 14.1 서론: 명령형 언어와 함수형 패러다임의 조화
에이다(Ada)는 전통적으로 구조적, 명령형(Imperative) 프로그래밍 패러다임에 기반을 둔 언어로 알려져 있습니다. 상태(State)를 변경하는 문장(Statement)을 순차적으로 실행하여 프로그램을 구성하는 것이 핵심입니다. 그러나 에이다는 버전이 발전하면서, 특히 Ada 2012 표준 이후로 함수형 프로그래밍(Functional Programming, FP)의 여러 강력한 기능과 개념을 도입하여 두 패러다임의 장점을 모두 활용할 수 있도록 진화했습니다.
에이다의 목표는 하스켈(Haskell)이나 리스프(Lisp)와 같은 순수 함수형 언어가 되는 것이 아닙니다. 대신, 함수형 프로그래밍의 원칙인 **불변성(Immutability)**, **순수성(Purity)**, **표현식 기반 연산(Expression-based operation)** 등을 통해 코드의 명확성을 높이고, 부수 효과(Side Effect)를 최소화하여 프로그램의 신뢰성과 예측 가능성을 극대화하는 것을 목표로 합니다.
본 장에서는 에이다에 내장된 주요 함수형 프로그래밍 기능들을 살펴보고, 이를 활용하여 어떻게 더 견고하고 유지보수하기 쉬운 코드를 작성할 수 있는지 논의합니다.
## 14.2 주요 함수형 프로그래밍 기능
### 14.2.1 표현식 함수 (Expression Functions)
Ada 2012에서 도입된 표현식 함수는 함수 본문을 단일 표현식(Expression)으로 정의할 수 있게 합니다. 이는 기존의 `begin-end` 블록과 `return` 문을 사용하는 방식보다 훨씬 간결하며, 함수의 의도를 명확하게 드러냅니다.
**기존 방식:**
```ada
function factorial (n : in Natural) return Positive is
begin
if n = 0 then
return 1;
else
return n * factorial (n - 1);
end if;
end factorial;
```
**표현식 함수 방식:**
```ada
function factorial (n : in Natural) return Positive is
(if n = 0 then 1 else n * factorial (n - 1));
```
이처럼 표현식 함수는 함수의 동작이 '무엇을 계산하여 반환하는가'에 집중하도록 유도하며, 이는 함수형 스타일의 핵심입니다.
### 14.2.2 조건부 표현식 (Conditional Expressions)
표현식 함수와 더불어, 값을 계산하는 데 사용되는 조건부 표현식(`if` 및 `case` 표현식)은 함수형 스타일을 강력하게 지원합니다. 문장이 아닌 표현식이기 때문에 다른 표현식 내부에 자연스럽게 포함될 수 있습니다.
```ada
-- if 표현식을 사용하여 변수 초기화
grade_message : constant String :=
(if score >= 90 then "Excellent"
elsif score >= 70 then "Good"
else "Needs Improvement");
-- case 표현식을 사용하여 상수 정의
SECONDS_IN_DAY : constant Natural := 24;
day_type : Day_Of_Week := get_current_day ();
hours_in_day : constant Natural :=
(case day_type is
when Saturday | Sunday => 12, -- 주말 특별 근무 시간
when others => SECONDS_IN_DAY);
```
이 기능은 변수나 상수의 값을 결정하는 로직을 선언과 동시에 한 곳에서 처리하게 하여, 불필요한 상태 변경을 줄이고 코드의 가독성을 높입니다.
### 14.2.3 고차 함수와 서브프로그램 접근 타입 (Higher-Order Functions and Access-to-Subprogram Types)
함수형 프로그래밍의 핵심 특징 중 하나는 함수를 다른 함수의 인자로 전달하거나, 함수의 반환 값으로 사용할 수 있는 \*\*고차 함수(Higher-Order Functions)\*\*입니다. 에이다는 \*\*서브프로그램 접근 타입(Access-to-Subprogram Types)\*\*을 통해 이를 지원합니다.
이는 C/C++의 함수 포인터와 유사한 개념으로, 서브프로그램(프로시저 또는 함수)의 '주소'를 저장하고 전달할 수 있게 합니다.
아래는 정수 배열의 모든 요소에 특정 연산을 적용하는 제네릭 `map` 프로시저의 예시입니다.
```ada
with Ada.Text_IO;
procedure Functional_Example is
-- 정수 배열 타입 정의
type Integer_Array is array (Integer range <>) of Integer;
-- 고차 함수(Map)를 포함하는 제네릭 패키지
generic
type Index_Type is (<>);
type Element_Array is array (Index_Type) of Integer;
-- 함수 '포인터' 타입: Integer를 받아 Integer를 반환
with function process (item : in Integer) return Integer;
procedure generic_map (data : in out Element_Array);
-- 제네릭 구현
procedure generic_map (data : in out Element_Array) is
begin
for i in data'range loop
data (i) := process (data (i));
end loop;
end generic_map;
-- 적용할 함수 1: 각 요소에 2를 곱함
function double (item : in Integer) return Integer is (item * 2);
-- 적용할 함수 2: 각 요소를 제곱함
function square (item : in Integer) return Integer is (item * item);
-- 'double' 함수를 적용하는 map 프로시저 인스턴스화
procedure map_double is new generic_map (
Index_Type => Integer,
Element_Array => Integer_Array,
process => double'access); -- 'access 속성으로 함수 참조 전달
-- 'square' 함수를 적용하는 map 프로시저 인스턴스화
procedure map_square is new generic_map (
Index_Type => Integer,
Element_Array => Integer_Array,
process => square'access);
my_data : Integer_Array := (1, 2, 3, 4, 5);
begin
Ada.Text_IO.Put_Line ("Original Data: " & my_data'Image);
map_double (my_data);
Ada.Text_IO.Put_Line ("After Doubling: " & my_data'Image);
-- Reset data
my_data := (1, 2, 3, 4, 5);
map_square (my_data);
Ada.Text_IO.Put_Line ("After Squaring: " & my_data'Image);
end Functional_Example;
```
이 예제에서 `generic_map`은 데이터 구조와 그 데이터를 처리할 동작(`process` 함수)을 분리함으로써 코드의 재사용성을 극대화합니다.
### 14.2.4 불변성 (Immutability)
불변성은 데이터가 생성된 후에 그 상태가 변하지 않는 것을 의미합니다. 에이다는 `constant` 키워드를 통해 강력한 불변성 지원을 제공합니다. 함수형 스타일에서는 부수 효과를 없애기 위해 가능한 한 모든 변수를 상수로 선언하는 것을 권장합니다.
```ada
-- 컴파일 타임 상수
MAX_CONNECTIONS : constant Positive := 100;
-- 런타임에 값이 결정되는 상수
start_time : constant Ada.Real_Time.Time := Ada.Real_Time.Clock;
final_message : constant String := "Process completed at " & start_time'Image;
```
상수를 사용하면 프로그램의 특정 지점에서 값이 절대 변하지 않음을 보장할 수 있어, 코드의 동작을 이해하고 예측하기가 훨씬 쉬워집니다.
### 14.2.5 순수성 (Purity)
순수 함수(Pure Function)는 부수 효과가 없고, 동일한 입력에 대해 항상 동일한 출력을 반환하는 함수입니다. 에이다는 `pragma Pure`를 통해 패키지나 서브프로그램이 순수하다는 것을 명시적으로 선언할 수 있습니다. 순수 패키지는 전역 변수나 상태를 변경할 수 없으며, 주로 안전이 중요한(Safety-Critical) 시스템에서 공유되는 상수나 타입을 정의하는 데 사용됩니다.
더 나아가, 계약 기반 설계(Design by Contract)를 위한 `Pre` 및 `Post` 애스펙트(Aspect)를 사용하여 함수의 동작을 명시적으로 정의할 수 있습니다. 특히 `Post` 조건은 함수의 반환 값이 오직 입력 값에 의해서만 결정됨을 명시하여 순수성을 강제하는 데 사용될 수 있습니다.
```ada
function is_even (value : in Integer) return Boolean with
Post => (is_even'Result = (value mod 2 = 0));
-- Post 조건은 이 함수의 결과가 오직 입력 'value'에만 의존함을 보여준다.
```
## 14.3 함수형 스타일의 장점
에이다에서 함수형 프로그래밍 스타일을 채택하면 다음과 같은 장점을 얻을 수 있습니다.
* **신뢰성 및 예측 가능성**: 불변성과 순수성은 부수 효과를 제거하여 코드의 동작을 이해하고 예측하기 쉽게 만듭니다. 이는 동시성 프로그래밍에서 특히 중요하며, 경쟁 상태나 데드락과 같은 문제를 원천적으로 줄여줍니다.
* **가독성 및 간결성**: 표현식 함수와 조건부 표현식은 복잡한 로직을 더 적은 코드로 명확하게 표현할 수 있게 해줍니다.
* **재사용성**: 고차 함수는 특정 데이터 타입에 종속되지 않는 일반적인 알고리즘(예: `map`, `filter`, `fold`)을 작성할 수 있게 하여 코드의 재사용성을 크게 향상시킵니다.
* **테스트 용이성**: 순수 함수는 외부 상태에 의존하지 않으므로 입력과 출력만 검증하면 되어 단위 테스트(Unit Test)가 매우 간단해집니다.
## 14.4 결론
에이다는 순수 함수형 언어는 아니지만, 명령형 프로그래밍의 견고한 기반 위에 함수형 패러다임의 주요 장점들을 성공적으로 통합했습니다. 표현식 함수, 조건부 표현식, 고차 함수, 그리고 불변성 및 순수성에 대한 강력한 지원은 개발자가 더 안전하고, 명확하며, 유지보수하기 쉬운 코드를 작성할 수 있도록 돕습니다.
이러한 기능들은 단순히 언어적 편의를 넘어, 에이다의 핵심 철학인 **신뢰성(Reliability)** 과 **정확성(Correctness)** 을 달성하기 위한 실용적인 도구입니다. 따라서 현대 에이다 개발자는 명령형 스타일과 함수형 스타일을 조화롭게 사용하여 문제에 가장 적합한 방식으로 솔루션을 구축하는 능력을 갖추는 것이 중요합니다.
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