[Swift] 모나드 : 컨텍스트, 함수객체, 모나드

💡함수형 프로그래밍에서의 모나드?

- 순서가 있는 연산을 처리할 때 자주 활용하는 디자인 패턴

 

💡프로그래밍에서 모나드가 갖춰야 할 조건

1. 타입을 인자로 받는 타입(특정 타입의 값을 포장)

2. 특정 타입의 값을 포장한 것을 반환하는 함수(매서드)가 존재

3. 포장된 값을 변환하여 같은 형태로 포장하는 함수(매서드)가 존재

 

크게 3가지 개념을 알아보게 될 것이다.

1️⃣ 컨텍스트

2️⃣ 함수객체

3️⃣ 모나드

 

 

1️⃣ 컨텍스트

컨텍스트 = 컵

콘텐츠 = 컵 안에 담겨있는 물 

 

즉, 컨텍스트는 어떤 위치에 값이 존재할 수 있는 맥락 이라고 볼 수 있다.

여기서 우리는 Optional 을 쉽게 떠올릴 수 있다. Optional은 값이 있을 수도, 없을 수도 있음!!

 

Optional

모나드 조건 1 만족 : Optional은 Wrapped 타입을 인자로 받는 (제네릭) 타입이다.

모나드 조건 2 만족 : Optional 타입은 Optional<Int>.init(2) 처럼 다른 타입(Int)의 값을 갖는 상태의 컨텍스트를 생성할 수 있다.

모나드 조건 3을 만족하는 지는 이제 천천히 알아보자.

 

addThree 함수

func addThree(_ num: Int) -> Int { 
	return num + 3
}

addThree(Optional(2))   // 오류 발생!

Int 타입의 값을 전달받아 3을 더하여 반환하는 함수에 옵셔널을 전달인자로 사용하면 오류가 난다.

왜? 순수한 값이 아닌 옵셔널이라는 컨텍스트로 둘러싸여 전달되기 때문이다.

 

 

➰ 함수 객체를 알아보기 전, 맵에 대해 알아보자.

위에서 본 것처럼 옵셔널은 컨테이너와 값을 갖기 때문에 맵 함수를 사용할 수 있다.

-> 맵을 사용하면 컨테이너 안의 값을 처리할 수 있다.

 

맵 매서드를 사용하여 옵셔널을 연산할 수 있는 addThree(_:) 함수

Optional(2).map(addThree)	// Optional(5)

옵셔널에 맵 메서드와 클로저의 사용

var value: Int? = 2
value.map{$0+2}
print(value)	// Optional(2)
value = nil
value.map{$0+2}
print(value)	// nil

 

 

2️⃣ 함수 객체

💡함수 객체란? 맵을 적용할 수 있는 컨테이너 타입

 

Optional(2).map(addThree) 로 함수 객체와 맵 메서드의 동작을 자세히 알아보자.

1. 맵이 함수를 인자로 받는다. : map(addThree)

2. 함수객체에 맵이 전달받은 함수를 적용 : Optional(2)

3. 새로운 함수 객체를 반환 : Optional(5)

 

옵셔널의 map 메서드 구현

extension Optional {
    func map<U>(f: (Wrapped) -> U) -> U {
        switch self {
        case .some(let x): return f(x)
        case .none: return .none
        }
    }
}

-> switch 문에서 만약 값이 있다면, 전달받은 함수에 자신의 값을 적용한 결괏값을 다시 컨텍스트에 넣어 반환

-> 값이 없다면, 함수를 실행하지 않고 빈 컨텍스트를 반환한다.

 

 

 

3️⃣ 모나드

💡닫힌 함수객체?

- 함수객체 중에서 자신의 컨텍스트와 같은 컨텍스트의 형태로 맵핑할 수 있는 함수객체

- 모나드는 닫힌 함수객체이다!

 

💡플랫맵?

- 모나드가 맵핑을 수행할 때 필요한 메서드

 

플랫맵은 맵과 같이 함수를 매개변수로 받고, 옵셔널은 모나드이므로 플랫맵을 사용할 수 있다.

 

짝수면 2를 곱해서 반환하고 짝수가 아니라면 nil을 반환하는 함수 doubleEven(_:)

doubleEven(_:) 함수와 플랫맵의 사용

func doubleEven(_ num: Int) -> Int? {
    if num.isMultiple(of: 2){
        return num * 2
    }
    return nil
}

Optional(3).flatMap(doubleEven)
// nil (== Optional<Int>.none)

Optional(3).flatMap(doubleEven)의 동작

1. 컨텍스트로부터 값 추출 (3)

2. 추출한 값을 doubleEven 함수에 전달

3. 빈 컨텍스트로 반환

Optional.none.flatMap(doubleEven)의 동작

1. 빈 컨텍스트

2. 플랫맵은 아무것도 하지 않음

3. 결국 다시 빈 컨텍스트 반환

 

➰map(_:)과 flatMap(_:)의 차이

- 플랫맵은 맵과 달리 컨텍스트 내부의 컨텍스트를 모두 같은 위상으로 평평하게 펼쳐준다는 차이가 있다. 즉, 포장된 값 내부의 포장된 값의 포장을 풀어서 같은 위상으로 펼쳐준다.

 

➰compactMap(_:) ? 

Optional 타입에 사용하였던 flatMap(_:) 메서드를 Sequence 타입이 Optional 타입의 Element를 포장한 경우에 compactMap(_:)이름으로 사용한다.

 

맵과 컴팩트의 차이

let optionals: [Int?] = [1, 2, nil, 5]

let mapped: [Int?] = optionals.map{$0}
let compactMapped: [Int] = optionals.compactMap{$0}

print(mapped)
print(compactMapped)

// [Optional(1), Optional(2), nil, Optional(5)]
// [1, 2, 5]

optionals는 Array라는 컨테이너의 내부에 Optional이라는 형태의 컨테이너들이 여러개 들어가 있는 형태이다.

1. 맵 메서드를 사용한 결과 : Array 컨테이너 내부의 값 타입이나 형태가 어찌 되었든, Array 내부에 값이 있으면 그 값을 그저 클로저의 코드에서만 실행하고 결과를 다시 Array 컨테이너에 담기만 한다.

2. 플랫맵을 통해 클로저를 실행한 결과 : 알아서 내부의 컨테이너까지 값을 추출한다. 

-> 그렇기 때문에 mapped는 다시 [Int?] 타입이 되며, compactMapped는 [Int] 타입이 된다.

 

중첩된 컨테이너에서 맵과 플랫맵(콤팩트맵)의 차이

let multipleContainer = [[1, 2, Optional.none], [3, Optional.none], [4, 5, Optional.none]]

let mappedMultipleContainer = multipleContainer.map{ $0.map{ $0 }}
let flatmappedMultipleContainer = multipleContainer.flatMap{ $0.compactMap{ $0 }}

print(mappedMultipleContainer)
print(flatmappedMultipleContainer)

// [[Optional(1), Optional(2), nil], [Optional(3), nil], [Optional(4), Optional(5), nil]]
// [1, 2, 3, 4, 5]

 

플랫맵의 활용 (Int 타입을 String 타입으로 String 타입을 Int 타입으로)

func stringToInteger(_ string: String) -> Int? {
    return Int(string)
}

func integerToString(_ integer: Int) -> String? {
    return "\(integer)"
}

var optionalString: String? = "2"

let flattenResult = optionalString.flatMap(stringToInteger)
    .flatMap(integerToString)
    .flatMap(stringToInteger)

print(flattenResult)    // Optional(2)

let mappedResult = optionalString.map(stringToInteger)  // 더이상 체인 연결 불가
print(mappedResult) // Optional(Optional(2))

- String 타입을 Int 타입으로 변환하는 것은 실패할 가능성을 내포해서 결괏값을 옵셔널 타입으로 반환

- Int 타입을 String 타입으로 변환하는 것은 실패 가능성은 없지만 예를 들고자 옵셔널 타입으로 반환

- 플랫맵을 사용하여 체인을 연결했을 때 결과는 옵셔널

- 맵을 사용하여 체인을 연결했을 때 결과는 옵셔널의 옵셔널

-> 이유 : 플랫맵은 함수의 결괏값에 값이 있다면 추출해서 평평하게 만드는 과정을 내포하고, 맵은 그렇지 않기 때문이다.

즉, 플랫맵은 항상 같은 컨텍스트를 유지할 수 있으므로 이같은 연쇄 연산도 가능하다.

 

 

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Reference

Swift 스위프트 프로그래밍 - 야곰