[CS 전공지식 노트] 프로그래밍 패러다임

패러다임(Paradigm)이란?

어떤 한 시대 사람들의 견해나 사고를 근본적으로 규정하고 있는 테투리로서의 인식의 체계, 또는 사물에 대한 이론적인 틀이나 체계를 의미하는 개념

- 위키백과

https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%8C%A8%EB%9F%AC%EB%8B%A4%EC%9E%84

 

프로그래밍 패러다임(Programming Paradigm)이란?

프로그래머에게 프로그래밍의 관점을 갖게 해주는 역할을 하는 개발 방법론

 

• 어떤 언어는 특정 패러다임을 지원함.
  • ex) Java(객체지향)
    • jdk 1.8부터 함수형 프로그래밍 패러다임 지원 - 람다식, 생성자 레퍼런스, 메서드 레퍼런스 등 
    • jdk 1.8부터 선언형 프로그래밍 패러다임 지원 - 스트림(Stream)같은 API
• 프로그래밍 패러다임은 크게 선언형과 명령형으로 나누며, 선언형은 함수형이라는 하위 집합, 명령형은 객체지향과 절차지향이라는 하위 집합으로 나뉜다.

 

 

선언형과 함수형 프로그래밍(Declarative Programming)

선언형 프로그래밍이란 '무엇을' 풀어내는가에 집중하는 패러다임으로 "프로그램은 함수로 이루어진 것이다." 라는 명제가 담겨있는 패러다임이다.

함수형 프로그래밍(Functional Programming)은 선언형 패러다임의 일종이다.

 

함수형 프로그래밍(Functional Programming)

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

reduce()는 배열만 받아 누적한 결괏 값을 반환하는 순수 함수이다. 함수형 프로그래밍은 이와 같은 순수 함수들을 블록처럼 쌓아 로직을 구현하고 고차 함수를 통해 재사용성을 높인 프로그래밍 패러다임이다.

 

순수 함수

출력이 입력에만 의존하는 것을 의미한다.

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

pure 함수는 들어오는 매개변수 a, b에만 영향을 받는다. 만약 a, b가 아닌 다른 전역 변수 c 등이 출력에 영향을 미치면 순수 함수가 아니다.

 

고차 함수

함수가 함수를 값처럼 매개변수로 받아 로직을 생성할 수 있는 것을 의미한다.

 

✓ 일급 객체

고차 함수를 사용하기 위해서는 해당 언어가 일급 객체라는 특징을 가져야 한다.

• 변수나 메서드에 함수를 할당할 수 있다.
• 함수 안에 함수를 매개 변수로 담을 수 있다.
• 함수가 함수를 반환할 수 있다.

 

객체지향 프로그래밍(OOP, Object-Oriented Programming)

객체들의 집합으로 프로그램의 상호작용을 표현하며 데이터를 객체로 취급하여 객체 내부에 선언된 메서드를 활용하는 방식이다.

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

 

• 캡슐화(Encapsulation)
  • 특정 객체 안에 관련된 속성과 기능을 하나의 캡슐(capsule)로 만들어 데이터를 외부로부터 보호하는 것
  • 접근제어자, getter/setter
• 상속성(Inheritance)
  • 상위 클래스의 특성을 하위 클래스가 이어받아 재사용하거나 확장하는 것
• 추상화(Abstraction)
  • 복잡한 시스템으로부터 핵심적인 개념 또는 기능을 간추려내는 것
• 다형성(Polymorphism)
  • 하나의 메서드나 클래스가 다양한 방법으로 동작하는 것
  • 오버로딩, 오버라이딩

 

설계 원칙

객체지향 프로그래밍을 설계할 때는 SOLID 원칙을 지켜야한다. 

 

단일 책임 원칙(SRP, Single Responsibility Principle)

모든 클래스는 각각 하나의 책임만을 가져아 한다. 

 

개방-폐쇄 원칙(OCP, Open Closed Principle)

유지 보수 사항이 생긴다면 코드를 쉽게 확장할 수 있도록 하고, 수정할 때는 닫혀 있어야 한다.

 

리스코프 치환 원칙(LSP, Liskov Substitution Principle)

프로그램의 객체는 프로그램의 정확성을 깨뜨리지 않으면서 하위 타입의 인스턴스로 바꿀 수 있어야 하는 것을 의미한다.

클래스는 상속이 되고 부모, 자식 이라는 계층 관계가 만들어지며 이때 부모 객체에 자식 객체를 넣어도 시스템에 문제 없이 돌아가게 만들어야 한다.

 

인터페이스 분리 원칙(ISP, Interface Segregation Principle)

하나의 일반적인 인터페이스보다 구체적인 여러 개의 인터페이스를 만들어야 한다.

 

의존 역전 원칙(DIR, Dependency Inversion Principle)

자신보다 변하기 쉬운 것에 의존하던 것을 추상화된 인터페이스나 상위 클래스를 두어 변하기 쉬운 것의 변화에 영향받지 않게 하는 것

상위 계층은 하위 계층의 변화에 대한 구현으로부터 독립적이여야 한다.

 

 

절차형 프로그래밍(Procedural Programming)

단순히 순차적인 명령 수행이 아닌 프로시저(루틴, 서브루틴, 메소드, 함수 등)를 이용한 프로그래밍 패러다임을 뜻하며 명령형 프로그래밍의 일종이다.

 

절차적 프로그래밍의 영문 표기는 Procedural Programming인데, 이를 한국어로 직역하면 '절차' 혹은 '절차적'이 된다. 따라서 "절차적 프로그래밍은 순차적으로 처리하는 프로그래밍 방식이구나" 라고 오해하는 경우가 많은데 이는 명백한 오류이다.

 

순차적(비구조적) VS 절차적(구조적)

순차적으로 처리되는 방식을 뜻하는 순차적 프로그래밍 또한 존재한다. 

• 프로그래밍 패러다임 중 가장 처음에 등장한 패러다임이다.
• 말 그대로, 순차적으로 위에서 아래로 흘러가는 프로그래밍 구조 이다.

 

절차적 프로그래밍에서의 '절차'는 프로시저(procedual)를 사용한다는 의미이다.

• 프로시저란? 특정 행동 혹은 목표를 수행하기 위한 일련의 작업이자 순서이다.
• 최종 기능(목표)를 달성하기 위해 작은 규모의 함수(Function)를 활용한다.

✓ 따라서 '절차지향'이 아닌, '절차적 혹은 프로시저' 프로그래밍이 정확한 명칭이다.

 

 

절차적 프로그래의 흐름

절차적 프로그래밍은 프로시저(함수)를 호출함으로써, 추상화와 코드의 재사용성을 목표로 하는 패러다임으로 아래와 같은 프로세스를 가진다.

1. 특정 기능을 담당하는 프로시저(함수) 생성
2. 이를 활용해 순차적으로 일련의 작업을 수행

 

장점

• 큰 기능(목표)을 처리하기 위해 작은 단위의 기능(프로시저, 함수)을 구조화 한다.
  • 재사용될 가능성이 있는 기능(프로시저, 함수)을 묶어 구조화 한다.
  • 이는, 특정 기능을 재활용할 수 있다는 장점이 있다.
• 프로그램의 흐름을 쉽게 이해할 수 있어 가독성이 높아진다.
  • 담당하는 기능만 호출하여 결과를 확인할 수 있으므로 매우 직관적이다.
  • 다만, 기능을 수행하기 위해선 해당 프로시저를 직접 호출해야 한다.

 

단점

• 기능(프로시저)를 만드는 '구조화' 과정에서 시간이 다소 소요
  • 기능을 구현하기 위한 함수를 만들고, 인자를 전달하는 등 과정이 복잡하다.
• 순차적으로 입력하는 것은 필수이므로, 의도하지 않은 오류가 생길 가능성이 높다.
  • 절차적 프로그래밍 또한 순차적인 단계에 따라 실행되는 구조
  • 순서가 바뀌거나, 코드 상 오류가 있을 경우 큰 문제를 야기

 

ex) 자판기에서 음료를 구입하는 과정

• 모든 기능(프로시저)는 Global Data를 중심으로 구현
• 순서, 기능 측면에 오류가 생길 경우, 올바르지 않은 결과가 도출된다.

 

패러다임의 혼합

Q. 어떤 패러다임이 가장 좋아요?

S. 그런 건 없어요. 다만, 비즈니스 로직이나 서비스의 특징을 고려하여 패러다임을 정하는 것이 좋습니다. 또한, 하나의 패러다임을 기반으로 통일하여 서비스를 구축하는 것도 좋은 생각이지만, 여러 패러다임을 조합하여 상황과 맥락에 따라 패러다임 간의 장점만 취해 개발하는 것이 좋다. 

 

 

 

 

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Ref.

https://iosdevlime.tistory.com/entry/CSBasic-%EA%B0%9D%EC%B2%B4%EC%A7%80%ED%96%A5-%ED%94%84%EB%A1%9C%EA%B7%B8%EB%9E%98%EB%B0%8DOOP-Object-oriented-Language