Kotlin - 람다 프로그래밍

Kotlin

Kotlin - 람다 프로그래밍

엔꾸꾸 2020. 11. 8. 21:53

람다란 ?

람다식 (lambda expression) 은 기본적으로 다른 함수에 넘길 수 있는 작은 코드 조각 이다.

람다를 사용하면, 공통 코드 구조를 라이브러리화 하기 쉽다.

코틀린 표준 라이브러리는 람다를 아주 많이 사용한다.

람다 소개 - 코드 블록을 함수 인자로 넘기기

자바에서는 익병 내부 클래스를 통해 코드를 함수에 넘기거나 변수에 저장하는 방식을 사용했다.

- 클래스를 선언하고, 클래스를 인스턴스화 해서 함수에 넘기는 방법을 채용

- 이는 매우 번거로운 일이다.

함수형 프로그래밍에서는 함수를 값 처럼 다룰수 있는것이 핵심

- 함수를 직접 다른 함수에 전달할 수 있다.

`java`

button.setOnClickListener(new OnClickLisntener() {
    @Override
    public void onClick(View view) {
        /* do Something */
    }
})

`kotlin`

button.setOnClickListener { /* do Something*/ }

람다와 컬렉션

코드 중복을 제거하는 것은 프로그래밍 스타일을 개선하는 중요한 방법 중 하나이다.

컬렉션을 다룰때 수행하는 대부분의 작업은 몇 가지 일반적인 패턴, 이는 라이브러리 내에 존재 해야한다.

data class SamplePerson(val name: String, val age: Int)

/**
 * 가장 연장자를 찾는 함수
 * 이는 코드가 장황하고 실수를 저지르기 쉽다.
 */
fun findTheOldest(people: List<SamplePerson>) {
    var maxAge = 0
    var theOldest: SamplePerson? = null
    for (person in people) {
        if (person.age > maxAge) {
            maxAge = person.age
            theOldest = person
        }
    }
    println(theOldest)
}

/**
 * 람다를 사용해 해결
 */
fun main(args: Array<String>) {
    val people = listOf(SamplePerson("ncucu", 27), SamplePerson("ncucu.me", 28))
    println(people.maxBy { it.age })

    // 멤버 참조를 사용해 해결
    println(people.maxBy(SamplePerson::age))
}

람다 표현식 내에서 함수 또는 프로퍼티를 반환하는 역할을 수행하는 경우, 멤버 참조를 사용해 코드를 좀 더 간결하게 할 수 있다.

람다식의 문법

람다는 함수를 값처럼 여기저기 전달할 수 있는 코드 조각이다.

변수에 저장할 수 있지만, 대부분 함수의 인자로 넘기면서 바로 람다를 정의한다.

코틀린의 람다식은 항상 중괄호로 둘러 쌓여있고, 인자 목록 주변에 괄호가 없는것이 특징이다.

`람다 문법`

{ x: Int, y: Int -> x + y }
[    파라미터    ] [ 본문 ]

코드의 일부분을 둘러싸 실행할 필요가 있다면 run 함수를 사용한다.

- run 함수는 인자로 받은 람다를 실행해주는 함수이다.

run { println(42) }

실행 시점에 코틀린 람다는 부가 비용이 없으며, 프로그램 기본 구성요소와 비슷한 성능을 낸다.

코틀린에서는 함수 호출 시 맨 뒤에 있는 인자가 람다 식 이라면, 람다를 괄호 밖으로 빼낼 수 있다.

// 정식 람다 호출
people.maxBy({ p: Person -> p.age })
// 마지막 인자가 람다인경우 
people.maxBy() { p: Person -> p.age }
// 어떤 함수의 유일한 인자이고, 괄호 뒤에 람다를 사용했다면, 호출 시 빈괄호를 제거할 수 있다.
people.maxBy { p: Person -> p.age }

로컬 변수와 마찬가지로 람다 파라미터도 타입 추론이 가능하다. (파라미터 타입 명시가 필요 없다.)

람다의 파라미터가 하나이고, 컴파일러가 타입 추론이 가능한경우 it 라고 하는 변수로 접근할 수 있다.

- 이는 코드를 간결하게 해주지만 남용해서는 안된다.

- 람다 내에 람다가 중첩되는 경우 람다의 파라미터를 명시해주는 것이 좋다.

people.maxBy { p -> p.age }

people.maxBy { it.age }

본문이 여러 줄로 이루어져 있는 경우, 본문의 맨 마지막 식이 람다의 결과가 된다.

현재 영역에 있는 변수에 접근

자바 메소드 내에서 익명 내부 클래스 정의시 메소드 로컬 변수를 익명 내부 클래스에서 사용할 수 있다.
람다에서도 동일하게 함수 내에서 정의한다면 함수 파라미터 뿐이 아닌 람다 앞에 존재하는 로컬 변수까지 모두 사용이 가능하다.
람다 내에서 사용하는 외부 변수를 람다가 포획한 변수 라고 한다.

/**
 * 람다 내에서 함수 파라메터에 접근이 가능하다.
 * 자바와 다른 점이라면, final 변수가 아닌 변수에도 접근할 수 있다.
 * 람다 안에서 사용하는 외부 변수를 람다가 포획한 변수 라고 부른다.
 */
fun printMessageWithPrefix(messages: Collection<String>, prefix: String) {
    messages.forEach {
        println("$prefix $it")
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    val errors = listOf("403 Forbidden", "404 Not Found")
    printMessageWithPrefix(errors, "Error: ")
}

fun printProblemCounts(responses: Collection<String>) {
    var clientErrors = 0
    var serverErrors = 0
    responses.forEach {
        if (it.startsWith("4")) {
            clientErrors++
        } else if (it.startsWith("5")) {
            serverErrors++
        }
    }
    println("$clientErrors client errors, $serverErrors server errors")
}

fun main2(args: Array<String>) {
    val responses = listOf("200 OK", "418 I'm a teapot", "500 Internal Server Error")
    printProblemCounts(responses)
}

람다를 실행 시점에 표현하는 데이터 구조는 람다에서 시작한 모든 참조가 닫힌 객체 그래프를 람다 코드와 함께 저장해야 하는데 이런 구조를 클로저 라고 한다.
함수를 1급 시민으로 만드려면 포획한 변수를 잘 처리하기 위해 클로저가 꼭 필요하다.

어떤 함수가 로컬변수를 포획한 람다를 반환하거나, 다른 변수에 저장한다면 로컬 변수의 생명주기와 함수의 생명주기가 달라질 수 있다.

함수가 끝난뒤에도 람다의 본문 코드는 포획한 변수를 읽거나 쓸 수 있다.

멤버 참조

코틀린에서는 자바8과 마찬가지로 함수를 값으로 바꿀수 있다.
이중 콜론 (::) 을 사용한다.
이런 방법을 멤버 참조 (member reference) 라고 한다.
함수 언어에서는 이런 경우를 에타 변환이라고 한다.
에타 변환이란 함수 f와 람다 { x -> f(x) } 를 서로 바꿔쓰는것을 의미한다.

/**
 * 멤버 참조
 */
fun main(args: Array<String>) {
    // 멤버 참조는 아래의 람다식을 심플하게 표현한것이다.
    var getAge = SamplePerson::age
    val getAge2 = { person:SamplePerson -> person.age }

    val people = listOf(SamplePerson("ncucu", 27), SamplePerson("ncucu.me", 27))
    people.maxBy(SamplePerson::age)

    // 최상위에 선언된 함수나 프로퍼티를 참조할 수 있다.
    // 이 경우에는 클래스 명을 생략하고 :: 를 시작한다.
    fun hello() = println("Hello")
    run(::hello)
}

생성자 참조를 사용하면, 클래스 생성 작업을 연기하거나 저장해 둘 수 있다.
::ClassName 형태로 생성자 참조를 만들 수 있다.

 * 생성자 참조를 사용하면 클래스 생성 작업을 연기하거나, 저장해 둘 수 있다.
 * ::클래스명 형태로 생성자 참조를 만들 수 있다.
 */
fun main(args: Array<String>) {
    val createSamplePerson = ::SamplePerson
    val p = createSamplePerson("ncucu", 27)
    println(p)
}

확장 함수도 멤버 함수와 동일한 방식으로 참조가 가능하다.

바운드 멤버 참조

코틀린 1.1 부터 바운드 멤버 참조를 지원한다.
멤버 참조를 생성할 때 클래스 인스턴스를 함께 저장한 뒤 나중에 그 인스턴스에 대해 멤버를 호출해 준다.

/**
 * 바운드 멤버 참조
 */
fun main(args: Array<String>) {
    val p = SamplePerson("ncucu", 27)
    val personAgeFunction = SamplePerson::age
    println(personAgeFunction(p))

    // 바운드 멤버참조, 인스턴스를 전달하지 않아도 된다.
    val dmitryAgeFunction = p::age
    println(dmitryAgeFunction())
}

컬렉션 함수형 API

함수형 프로그래밍 스타일을 사용하면 컬렉션을 다룰 때 매우 편리하다.

필수적인 함수 - filter, map

filter와 map은 컬렉션 활용 기반이 되는 함수이다.
대부분의 컬렉션 연산을 두 함수를 통해 표현이 가능하다.

/**
 * filter 와 map
 */
fun main(args: Array<String>) {
    val list = listOf(1, 2, 3, 4)
    val filteredList = list.filter { it % 2 == 0 } // 짝수만 필터링

    val mapedList = list.map { it * it } // 제곱으로 볁환
}

맵의 경우 키와 값을 처리하는 함수가 별도로 존재한다.
ex) filterKeys, mapKeys와 filterValues, mapValues

all, any, count, find - 컬렉션에 술어 적용

`all, any`

/**
 * all 은 모든 원소가 해당 조건을 만족하는지 판단하고
 * any는 해당 조건을 만족하는 원소가 하나라도 있는지 판단한다.
 */
fun main(args: Array<String>) {
    val canBeInClub27 = { p: SamplePerson -> p.age <= 27}

    val people = listOf(SamplePerson("ncucu", 27), SamplePerson("ncucu.me", 20))
    people.all(canBeInClub27) // false

    people.any(canBeInClub27) // true
}

`count`

/**
 * Count는 조건을 만족하는 원소의 수를 반환한다.
 */
fun main(args: Array<String>) {
    val canBeInClub27 = { p: SamplePerson -> p.age <= 27}

    val people = listOf(SamplePerson("ncucu", 27), SamplePerson("ncucu.me", 20))
    people.count(canBeInClub27) // 1
}

`find`

/**
 * find 는 조건을 만족하는 첫번째 원소를 반환한다.
 */
fun main(args: Array<String>) {
    val canBeInClub27 = { p: SamplePerson -> p.age <= 27}

    val people = listOf(SamplePerson("ncucu", 27), SamplePerson("ncucu.me", 20))
    people.find(canBeInClub27) // name = ncucu, age = 27
}

count와 size

count를 사용하지 않고, 컬렉션을 필터링한 결과의 크기를 가져올 경우
조건을 만족하는 모든 원소가 들어가는 컬렉션이 생성된다.
반면 count는 그런 과정이 없이 원소의 수만 반환하게 때문에 count가 효율적이다.

groupBy - 리스트를 여러 그룹으로 이뤄진 맵으로 변경

컬렉션의 모든 원소를 특성에 따라 여러 그룹으로 나눌때 사용한다.

/**
 * group by는 어떤 특정 조건에 맞게 그룹을 나눌때 사용한다.
 * 반환값은 LinkedMap이다.
 */
fun main(args: Array<String>) {
    val people = listOf(SamplePerson("A", 27), SamplePerson("B", 20), SamplePerson("C", 20))
    val groupBy = people.groupBy { it.age }
    println(groupBy) // {27=[SamplePerson(name=A, age=27)], 20=[SamplePerson(name=B, age=20), SamplePerson(name=C, age=20)]}
}

flatMap과 flatten - 중첩된 컬렉션 내의 원소 처리

flatMap 함수는 인자로 주어진 람다를 컬렉션의 모든 객체에 적용하고
람다를 적용한 결과 얻어지는 리스트를 한 리스트로 모은다.

/**
 * flatMap 은 람다를 적용한 결과 얻어지는 리스트를 한 리스트로 모은다.
 */
class Book(val title: String, val authors: List<String>)

fun main(args: Array<String>) {
    val books = listOf(Book("titleA", listOf("ncucu", "ncucume")), Book("titleB", listOf("ncucu1", "ncucu2")))
    books.flatMap { it.authors }.toSet()// books 컬렉션 내에 존재한 모든 저자들의 집합을 Set으로 모은다.
}

중첩 리스트구조의 리스트를 단지 펴기만 한다면, flatten 함수를 사용하면 된다.

/**
 * 리스트[리스트] 구조를 평평하게 펴기만 해야할때 flatten 을 사용한다.
 */
fun main(args: Array<String>) {
    val books = listOf(listOf("ncucu", "ncucume"), listOf("ncucu1", "ncucu2"))
    books.flatten()
}

지연 계산 (lazy) 컬렉션 연산

map 이나 filter 같은 컬렉션 함수는 결과 컬렉션을 즉시 생성한다.

컬렉션 함수를 연 하면 매 단계마다 중간 결과를 새 컬렉션에 임시로 담는다. (중간 처리과정이 필요하기 때문에 매번 메모리를 소비함)
시퀀스 (sequence) 를 사용하면 중간 임시컬렉션을 사용하지 않고 컬렉션 연산을 연쇄한다.
코틀린 지연연산 시퀀스는 Sequence 인터페이스에서 시작한다.
이는 단지 한번에 하나씩 열거 될 수 있는 원소의 시퀀스를 표현한다.
인터페이스 내에 존재하는 iterator 라는 메소드를 통해 시퀀스로부터 원소값을 얻는다.
asSequence() 확장함수를 호출하면 어떤 컬렉션이든 시퀀스로 변환이 가능하다.
toList() 등으로 변환을 해주거나 최종 시퀀스의 원소를 하나씩 이터레이션 해야지만 계산을 실행한다.

/**
 * asSequence 를 이용한 지연 연산을 사용하면 컬렉션 매 연산마다 중간 컬렉션이 생성되지 않는다.
 */
fun main(args: Array<String>) {
    val people = listOf(SamplePerson("ncucu", 27), SamplePerson("ncucume", 27))
    // 아래 코드는 연쇄 호출이 2개의 리스트를 만든다.(map의 결과, filter의 결과)
    people.map(SamplePerson::name).filter { it.startsWith("A") }

    // 아래 코드는 1개의 리스트만을 만든다.
    people.asSequence()
            .map(SamplePerson::name)
            .filter { it.startsWith("A") }
            .toList()
}

컬렉션에 대해 연쇄적인 연산을 할 경우 시퀀스를 사용할것을 권장한다.

시퀀스 연산 실행 - 중간 연선과 최종 연산

시퀀스 연산은 중간 (intermediate) 연산과 최종 (terminal) 연산으로 나뉜다.
중간 연산은 다른 시퀀스를 반환하며, 연산을 연쇄할 수 있다.
최종 연산은 결과를 반환한다.

        [        중간 연산        ][ 최종연산 ]
sequence.map { ... }.filter { ... }.toList()

위의 코드에 경우 컬렉션이라면 모든 원소에 대해 map 을 한 후 filter 를 수행하지만
지연 연산의 경우 첫번째 원소에 대해 map, filter 까지 수행한후 다음 원소에 대한 처리를 시작한다.

자바의 Stream 은 지연 연산을 수행한다.

자바 스트림과 코틀린 시퀀스

자바8 스트림은 시퀀스와 개념이 같다.
자바 8을 채택하면 코틀린 컬레션과 시퀀스에서 제공하지 않는 병렬 스트림 연산 기능을 사용할 수 있다.

시퀀스 만들기

asSequence() 외에도 시퀀스를 만드는 방법은 generateSequence 함수를 사용한다.
이는 이전의 원소를 인자로 받아 다음 원소를 계산하는 함수이다.

/**
 * generateSequence 를 사용하면 이전의 원소를 인자로 받아 다음 원소를 계산한다.
 */
fun main(args: Array<String>) {
    val naturalNumbers = generateSequence(0) {  it + 1 }
    val numbersTo100 = naturalNumbers.takeWhile { it <= 100 }
    println(numbersTo100.sum()) // 결과는 5050
}

시퀀스를 사용하는 일반적인 사례는 객체의 조상으로 이루어진 시퀀스를 만드는 것이다.
어떤 파일의 상위 디렉터리를 뒤지면서 숨김 속성을 가진 디렉터리를 검사하는 등의 경우에 사용한다.

fun File.isInsideHiddenDirectory() =
    generateSequence(this) { it.parentFile }.any { it.isHidden }

val file = File("/Users/svtk/.HiddenDir/a.txt")
file.isInsideHiddenDirectory() // true

자바 함수형 인터페이스 활용

코틀린 라이브러리와 람다를 사용하는건 좋지만, 대부분 API는 자바 API 일것이다.
코틀린 람다를 자바 API에 사용해도 아무 문제가 없다.
코틀린은 함수형 인터페이스를 인자로 받는 자바 메소드 호출시 람다를 넘길수 있게 해준다.

코틀린에는 함수타입이 존재하기 때문에, 함수를 인자로 받을경우 함수 타입을 사용해야 한다.
코틀린 함수 사용시에는 코틀린 람다를 함수형 인터페이스로 변환해주지 않는다.

자바 메소드에 람다를 인자로 전달

함수형 인터페이스를 받는 자바 메소드에 코틀린 람다를 전달할 수 있다.
람다와 무명 객체 사이에는 차이가 있다.
객체를 명시적으로 선언하는 경우 메소드 호출마다 새로운 객체가 생성된다.
람다는 정의가 들어있는 함수의 변수에 접근하지 않는 람다에 대응하는 무명객체 메소드 호출시마다 반복 사용한다.

/**
 * 함수형 인터페이스를 인자로 받는 자바 메소드에 코틀린 람다를 전달할 수 있음.
 */
fun main(args: Array<String>) {
    // 람다를 사용.
    val t = Thread { println("hello") }
    t.start()

    // 무명객체를 명시적으로 선언
    val t2 = Thread(object : Runnable {
        override fun run() {
            println("hello")
        }
    })
    t2.start()
}

람다가 변수를 포획하면 무명 클래스 내에 포획한 변수를 저장하기 위한 필드가 생기고, 매 호출시마다 무명클래스의 인스턴스를 새로 만든다.
하지만 포획하는 변수가 없는 람다라면 인스턴스가 단 하나만 생긴다.

컬렉션을 확장한 메소드에 람다를 넘기는 경우 코틀린은 자바메소드를 코틀린에서 호출할 때 쓰는 방식을 사용하지 않는다.
코틀린 inline 으로 표시된 함수에게 람다를 넘기면 아무런 무명클래스도 생성되지 않는다.
대부분의 코틀린 확장 함수들은 inline이 붙어있다.

대부분의 자바 함수형 인터페이스 <=> 람다 변환은 자동으로 이루어진다.

SAM 생성자 - 람다를 함수형 인터페이스로 명시적으로 변경

SAM 생성자는 람다를 함수형 인터페이스의 인스턴스로 변환할 수 있게 컴파일러가 자동으로 생성한 함수이다.
컴파일러가 자동으로 변환하지 못하는 경우 SAM 생성자를 사용할 수 있다.

/**
 * SAM 생성자 사용
 * 함수형 인터페이스의 인스턴스를 반환하는 메소드가 있다면
 * 람다를 직접 반환할 수 없고, 반환하고 싶은 람다를 SAM 생성자로 감싸야 한다.
 */
fun createAllDoneRunnable(): Runnable {
    return Runnable { println("All done!") }
}

fun main(args: Array<String>) {
    createAllDoneRunnable().run()
}

SAM 생성자의 이름은 사용하려는 함수형 인터페이스의 이름과 같다.
SAM 생성자는 함수형 인터페이스의 메소드 본문에 사용할 람다만 인자로 받아 함수형 인터페이스를 구현하는 클래스의 인스턴스를 반환한다.

오버로딩한 메소드 중 어떤 타입의 메소드를 선택해 람다를 변환해 넘겨줘야할지 모호한 경우 명시적으로 SAM 생성자를 적용하면 컴파일 오류를 피할 수 있다.

람다와 this

람다는 무명 객체와 달리 인스턴스 자신을 가리키는 this 가 없다.
컴파일러 입장에서 람다는 그저 코드블록 일 뿐이다.
람다 내에서 this 는 람다를 둘러싼 클래스의 인스턴스를 가리킨다.

수신 객체 지정 람다 - with 와 apply

코틀린 람다의 기능은 수신 객체를 명시하지 않고, 람다의 본문 안에서 다른 객체의 메소드를 호출할 수 있다.
이를 수신 객체 지정 람다 (lambda with receiver) 라고 부른다.

with 함수

첫번째 인자로 수신객체를 지정하고, 두번째 인자로 람다를 받는다.

마지막 인자가 람다 이기 때문에() 괄호 밖으로 빼낼수 있다.

/**
 * with는 수신객체를 지정한 람다이다.
 * 첫번째 인자로 받은 객체를 두번째 인자로 받은 람다의 수신객체로 만든다.
 */
fun alphabet(): String {
    val result = StringBuilder()
    for (letter in 'A'..'Z') {
        result.append(letter)
    }
    result.append("\n Now I Know the alphabet!")
    return result.toString()
}

fun alphabetWith(): String {
    val stringBuilder = StringBuilder()

    return with(stringBuilder) {
        for (letter in 'A'..'Z') {
            append(letter)
        }
        append("\n Now I Know the alphabet!")
        return toString()
    }
}

fun alphabetWithRefactoring(): String = with(StringBuilder()) {
    for (letter in 'A'..'Z') {
        append(letter) // this.append() 로 스트링빌더 객체를 호출한다. this는 생략할 수 있다.
    }
    append("\n Now I Know the alphabet!")
    toString()
}

fun main(args: Array<String>) {
    println(alphabet())
    println(alphabetWith())
    println(alphabetWithRefactoring())
}

수신 객체 지정 람다와 확장 함수 비교

확장 함수 내에서 this는 그 함수가 확장하는 타입의 인스턴스를 가리킨다.
수신 객체 멤버 호출시 this 를 생략 할 수 있다.
어떤 의미에서는 확장 함수를 수신 객체 지정 함수라고 할 수도 있다.

apply 함수

apply 함수는 with 와 같다.
유일한 차이는 apply는 항상 자신에게 전달된 객체 (수신된 객체)를 반환한다는 점이다.

import java.lang.StringBuilder

/**
 * With 와 거의 동일하며 항상 자신에게 전달된 객체를 반환한다는 점이 다르다.
 */
fun alphabetApply() = StringBuilder().apply {
    for (letter in 'A'..'Z') {
        append(letter)
    }
    append("\n Now I Knopw the alphabet!")
}.toString()

fun main(args: Array<String>) {
    println(alphabetApply())
}

정리

- 람다를 사용하면 코드 조각을 다른 함수 인자로 넘길수 있다.
- 람다가 함수의 인자인 경우 괄호 밖으로 람다를 뺄 수 있고, 람다의 인자가 하나인 경우 it 라는 디폴트 명으로 참조가 가능하다.
- 람다 안에 있는 코드는 그 람다 외부 함수의 변수를 읽고 쓸 수 있다.
- 메소드, 생성자, 프로퍼티 명 앞에 :: 를 붙이면 멤버 참조가 가능하다.
- filter, map, all, any 등 함수를 활용하면 컬렉션에 대한 대부분의 연산을 직접 원소를 이터레이션 하지 않고 수행할 수 있다.
- 시퀀스를 사용하면 중간 결과를 담는 컬렉션을 생성하지 않는다.
- 함수형 인터페이스를 인자로 받는 자바 함수 호출시 람다를 사용 할 수 있다.
- 수신 객체 지정 람다를 사용하면 람다내에 미리 정해둔 수신 객체의 메소드를 직접 호출할 수 있다.
- 표준 라이브러리의 with 함수를 사용하면 어떤 객체에 대한 참조를 반복해서 객체 메소드 호출이 가능하다.
- apply를 사용하면 어떤 객체라도 빌더 스타일의 API를 사용해 생성하고 초기화할 수 있다.

- https://thdev.tech/kotlin/2020/10/06/kotlin_effective_05/