이전 포스팅에서 파이썬은 ‘멀티 패러다임’ 이라고 말했다.
오늘은 그에 대해 조금 더 자세히 이야기 해볼까한다.

프로그래밍 패러다임

프로그래밍의 패러다임이란, 개발자가 코드를 짤 때, 어떤 관점을 가지고 짜느냐에 결정적인 역할을 한다.
크게 선언형과 명령형으로 나눌 수 있고, 이 안에는 객체 지향과 절차 지향, 함수형 프로그래밍이 포함되어 있다.

  • 명령형 프로그래밍 : 절차 지향 프로그래밍, 객체 지향 프로그래밍
  • 선언형 프로그래밍 : 함수형 프로그래밍

프로그래밍 패러다임의 특징

  • 명령형 프로그래밍 : 알고리즘을 명시하고 목표는 명시하지 않음.
  • 선언형 프로그래밍 : 알고리즘을 명시하지 않고 목표만 명시함.

사람이 횡단보도를 건너는 프로그래밍을 짠다고 가정한다면 아래와 같이 볼 수 있다.

  • 명령형 프로그래밍 : 횡단보도까지 약 5m이동하고, 초록불 일 때까지 기다렸다가 초록불이면 약 10m 앞으로 이동한다
  • 선언형 프로그래밍 : 초록불이 되면 길을 건넌다.

이렇게 명령형은 사람이 걸어가는 과정(how)의 알고리즘을 명시하지만, 프로그램의 목적은 명시하지 않는다. 반대로 선언형은 초록불이 되면 길을 건넌다라는 목표만(what)을 명시한다.

절차 지향과 객체 지향 프로그래밍

절차 지향과 객체 지향 개념은 서로 반대 개념이 아니다.
둘다 명령형 프로그램의 하위 개념이기에 공유하는 것이 많다.

  • 절차지향 프로그래밍

    • 프로그램의 순서와 흐름을 중점으로 필요한 자료구조와 함수를 설계
      (데이터 중심으로 절차적으로 실행에 초점)

  • 객체지향 프로그래밍

    • 자료구조와 함수를 먼저 설계하고 그 후에 실행 순서와 흐름을 설계 (객체간의 관계에 초점)

관점 지향 프로그래밍(Aspect Oriented Programming)

AOP2

관점지향 프로그래밍의 핵심은 공통 모듈을 분리시켜 해당 소스코드가 외부의 다른 클래스에서 존재하는 것이다. 참고로 객체지향을 보조하는 역할이기 때문에 객체지향 코드위에서 이루어진다.

객체지향은 객채(Object)라는 개념을 활용함으로써 큰 프로그램을 모듈 단위로 축소시켜 작성할 수 있게 했지만, 프로그램의 크기가 엄청나게 커지면서 모듈 안에서마저 중복되는 코드가 생기게 된다.

이렇게 모듈 안에서 중복코드가 생기게 되는 것을 횡단 관심사(Crosscutting-Concerns) 라고 한다. 그 중에 자주 언급되는 것은 트랜잭션, 로깅, 성능 분석 등이 있다.

AOP

횡단 관심사들은 여러 모듈들을 말 그대로 횡단하면서 존재하게 되며 AOP를 이해함에 있어서 매우 중요한 개념이며, AOP를 통해 중복 코드 제거, 효율적인 유지복수, 높은 생산성, 재활용성 극대화 등의 이점을 얻을 수 있다.

함수형 프로그래밍

쉽게 말하면 함수형 프로그래밍은 변수 사용을 최소화함으로써 오류를 줄이는 프로그래밍이다.
정의는 자료 처리를 수학적 함수의 계산으로 취급하고, 상태와 가변 데이터를 멀리하는 프로그래밍 패러다임 중 하나이다.

왜 변수 사용을 최소화 해야하는 걸까 ?

변수는 프로그램에서 개발자가 메인 메모리 공간에 올려놓은 값인데, 값이 대입되면 바뀔 수 없는 상수와 달리 변수는 언제든 값을 변경할 수 있다. 적절히 사용하면 좋겠지만, 여러 스레드가 돌아가면 변수는 오류의 원인으로 작용할 가능성이 크다.

함수형 프로그래밍은 외부에 따로 상태 값을 두지 않고 내부에서 연쇄적으로 기능을 사용해서 결과를 연산하기 때문에 외부 요소의 영향을 받지 않고 안전한 코드를 작성 할 수 있다.

함수형 프로그래밍의 특징

함수형 프로그래밍에는 5가지의 특성이 있다.

  1. 순수 함수 (Pure function)
    함수형 프로그래밍에서는 일반적인 함수의 조합이 아니라 순수함수의 조합이다.

    • 동일한 입력에는 항상 같은 값을 반환해야 한다.
    • 함수의 출력(return)은 그 함수의 입력(input)에만 의존한다.
    • 함수의 실행은 프로그램의 실행에 영향을 미치지 않아야 한다. (return만 수행한다는 의미)

  2. 고차 함수 (Higher-Order Functions)

    • 함수를 인자(argument)로 받는다.
    • 함수의 리턴값으로 함수를 사용할 수 있다.

  3. 불변성(Immutability)
    변하지 않는 성질을 말한다.
    불변성을 지키기 위해서는 데이터 변경이 필요할 경우 원본을 유지한 채 복사본을 만들어 작업해야한다.

  4. 1급 객체(First-Class Object) 1급 객체란 함수를 값으로 다루는 것을 이야기한다.
    특징으로는 다음과 같은 것들이 가능한 객체를 의미한다.

    • 변수나 데이터 구조 안에 담을 수 있다.
    • 파라미터로 전달 할 수 있다.
    • 반환값으로 사용할 수 있다.
    • 할당에 사용된 이름과 무관하게 고유한 구별이 가능하다.

    참고로 순수 함수들과는 다르다는 것을 인지해야한다.

  5. 익명 함수(Anonymous function)
    이름 없는 함수를 말하며 람다식으로 표현되는 함수 구현을 말한다.

파이썬은 멀티패러다임 언어

파이썬은 절차지향, 객체지향, 함수형 프로그래밍을 지원하는 멀티패러다임 언어이다. 예시를 통해 알아보자.

절차 지향 - Jupyter Notebook

절차 지향은 위에서도 언급했듯 데이터를 중심으로 순차적으로 코드를 구현하는 프로그래밍 방식이다.
Jupyter Notebook을 이용하여 데이터 분석을 하는데, 이것은 절차지향적 방식이라고도 볼 수 있다. 주피터의 경우 셀 단위로 전처리, 모델링, 시각화 코드를 순차적으로 작성하고 실행시켜 결과를 확인하기 때문이다.

객체 지향 - ML Model, Django

객체 지향은 추상화된 클래스와 이에 대한 속성과 행위를 정의하고 이를 중심으로 개발하는 프로그래밍 방식이다.

머신러닝 모델은 대부분 클래스로 정의 되어 있고, fit(), predict()로 훈련과 예측을 할 수 있도록 모델이 구현되어 있다. 머신러닝 개발자들은 모델 객체를 선언하고 활용하는 법만 알면 따로 모델을 구현할 필요 없이 머신러닝 모델을 활용할 수 있다.

또한 Django 역시 파이썬 객체지향 프로그래밍의 대표적인 예시이다.
야놀자 같은 사이트를 만든다고 가정할 때, 사용자, 방, 예약, 리뷰 등의 개념을 객체로 구성하고 이를 관리하기 위한 데이터 모델이나 화면에 표시하기 위한 뷰를 만들어 웹 사이트를 만들게 된다.

함수형 - PySpark

데이터 분석에서 함수형 프로그래밍의 특징은 thread-safe하고 병렬계산을 가능하게 하기 때문에 대용량 데이터를 다룰 때 활용된다.

예시 코드는 아래와 같다.

lines = sc.textFile("data.txt")
lineLengths = lines.map(lambda s: len(s))
totalLength = lineLengths.reduce(lambda a, b: a + b)

코드를 보면 별도의 변수의 선언 없이 함수들의 조합만으로 원하는 결과를 얻을 수 있다. 또한 리스트 컴프리헨션을 이용해 새로운 리스트를 선언 없이 리스트 값을 필터링 한다는 등이 있다.

관점지향 - Decorator

관점지향 프로그래밍의 경우 decorator를 잘 사용하는 것이라 보면 된다.

reference
https://velog.io/@gillog https://hoi5088.medium.com/
https://docs.python.org/3/howto/functional.html
https://jinwoo1990.github.io/dev-wiki/python-concept-1/