남다른 람다 정리

최민재·2022년 5월 27일

공부

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들어가며 ⭐️

제목에 자신감 있게 '남다른 람다 정리' 라고 해두었지만 그저 라임만 맞추었고 남다르게 정리하기 위해 노력한 글입니다!
일주일에 글 하나 이상 쓰기 프로젝트를 하고 있는 저는 이번 주는 어떤 내용을 정리해 볼까 고민하고 있었죠. 기숙사의 같은 방을 쓰고 있는 친구에게 물어보니 "음... 동기, 비동기?" 하지만 그 주제는 이미 지난주에 쓰고 말았습니다. "음... 람다?" 괜찮겠다는 생각에 람다에 대해서 자세히 공부해 보고 정리해 보겠습니다!

람다에 대해서 🧐

람다는 코딩을 조금을 해보아도 쉽게 접할 수 있습니다.
그러면 대부분의 글은 전부 람다를 아래와 같이 설명합니다.

람다는 익명 함수(anonymous function)이다.

이 말은 이름이 없는 함수라는 뜻입니다.
수학적으로 접근하여 한번 위의 말을 이해해 봅시다.

$f(x) = x \times 2$

위의 함수를 한번 정리해 볼겠습니다.
일단 $x$ 값을 받아서 그 값에 2를 곱해주는 역할을 합니다.
그리고 이름은 f가 되었죠!

그런데 뭐 솔직히
$g(x), k(x)$
뭐 이름이어도 딱히 상관은 없습니다.
그 말은 현재 함수의 이름이 딱히 중요하지 않다는 것이죠!

그렇다면 '이름이 없이 함수를 어떻게 표현할 것인가?'
그런 의문이 듭니다.
그에 대한 답은 정말 간단합니다.

$\lambda x.x \times 2$

뭐 간단하게 해석하자면

$\lambda x$ -> $x$ 를 받아
$x \times 2$ 를 하는 함수

위와 같이 정말 정말 정말 간단하게 람다 대수에 대해서 한번 살펴보았습니다.
따라서 람다는 수학에서 사용하는 함수를 더욱 단순화하여 표현하는 것이라고 할 수 있습니다.

익명함수 🥸

익명함수의 특징에 대해서 알아봅시다.
익명함수는 말 그대로 이름이 없는 함수라는 뜻입니다.

그리고 이런 익명함수는 일급 객체(First Class Object) 라는 특징을 가지고 있죠!

일급 객체란?
일급 객체를 인터넷에 검색하면 다를 아래의 말을 합니다.

아래의 3개의 조건이 충족된다면 일급객체라고 볼 수 있습니다.
1. 변수에 할당 할 수 있어야 합니다.
2. 객체의 인자로 넘길 수 있어야 합니다.
3. 객체의 리턴값으로 리턴 할 수 있어야 합니다.

람다 함수는 이런 특징을 가진 다는 것인데
아래의 코드 부분에서 살펴봅시다.

람다 사용하기 with Java ☕️

이제 람다를 한번 사용해 보겠습니다.
저는 자바와 코틀린을 열심히 공부하기 때문에 Java를 사용해 정리해 보겠습니다.

JDK1.8부터 람다식(lambda expression)이 등장하였습니다.
덕분에 자바는 객체지향언어이면서 함수형 언어가 되었죠!

그러면 이제 람다식을 작성하는 방법을 알아보겠습니다.

원래 함수를 작성할 때는?

반환타입 메서드이름(매개변수) {
	~~~
}

이렇게 작성합니다.

하지만 람다식을 쓴다면 반환타입과 메서드이름을 적어주지 않아도 됩니다!

(매개변수) -> {
	~~~
}

이제 예시를 하나 보자면

int add(int a, int b) {
	return a + b;
}

(int a, int b) -> a + b

위와 같이 식이 하나만 있다면 괄호를 생략해도 됩니다.
괄호가 생략되었다면 문장의 끝에 ';'을 붙이면 안되니 주의해야 합니다!

다른 예시를 봅시다!

(num) -> num * num	// 매개변수 타입 생략
num -> num * num	// 괄호() 생략
(int num) -> { return num * num; }	// 괄호() 생략 불가능

() -> System.out.println("Hello")	// 매개변수가 없는 경우
() -> { System.out.println("Hello"); }

람다식에 선언된 매개변수의 타입은 추론 가능한 경우 생략할 수 있습니다.
람다식에 반환타입이 없는데 그 이유도 마찬가지로 항상 추론이 가능하기 때문입니다.

그리고 매개변수가 하나만 있을 경우 괄호()를 생략할 수 있습니다.
하지만 매개변수의 타입이 명시되어 있을 경우 괄호()를 생략할 수 없습니다.

매개변수가 없는 경우 빈 괄호()로 적어주시면 됩니다.

함수형 인터페이스 🔥

함수형 인터페이스란 추상 메서드 단 하나만 있는 인터페이스입니다.
Java8 부터는 인터페이스 내에 Default 메서드 혹은 Static 메서드는 여러개 포함해도 상관이 없습니다.
간단히 말하자면 추상 메서드 단 하나만 있으면 됩니다!

그리고 @FunctionalInterface를 사용하는데
이 어노테이션이 붙은 인터페이스가 함수형 인터페이스 조건에 맞는지 검사해줍니다.
사실 @FunctionalInterface 없어도 오류는 나지 않지만 유지보수를 생각하면 붙이는 것이 맞습니다.

@FunctionalInterface
public interface Functional {
    // 추상 메서드
    int add(int a, int b);
    
    static void print() {
        System.out.println("print");
    }
    
    default void minus() {
        System.out.println("-");
    }
}

추상 메서드 하나만 있으면 함수형 인터페이스가 성립됩니다.
그리고 static 메서드와 default 메서드는 있어도 상관이 없습니다.

그렇다면 이 인터페이스를 사용해보죠!

public static void main(String[] args) {
    Functional test = new Functional() {
        @Override
        public int add(int a, int b) {
            return a + b;
        }
    };
    test.add(3, 2);
}

이렇게 객체를 생성하며 함수를 구현하죠!
그런데 람다식

(int a, int b) -> a + b

와 메서드 선언부가 일치합니다.
아래와 같이 대체할 수 있죠!

Functional test = (a, b) -> a + b;	// 타입은 추론 가능하니 생략
test.add(3, 5);

이렇게 대체가 가능한 이유는

Functional의 add()와 람다식의 매개변수의 타입과 개수 그리고 반환값이 일치하기 때문입니다!

그래서 정리하자면
람다식을 다루기 위한 인터페이스를 '함수형 인터페이스(functional interface)'라고 부르기로 했습니다.

잠깐 예시로
안드로이드에서 클릭 이벤트를 감지하는 onClickListener를 봅시다.

tvDate.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
    @Override
    public void onClick(View view) {
        Log.d("ClickEvent", "onClick: click");
    }
});

TextView를 클릭했을때 로그를 찍어주는 코드입니다!
View의 OnClickListener를 new를 통해서 생성합니다.
그러면 OnClickListener 안의 onClick 함수를 구현하죠.
실제로 View 안을 보면

이렇게 추상 메서드를 하나 가진 함수형 인터페이스가 있습니다.

그렇다면 이제 람다를 사용하여 조금 더 가볍게 나타내보죠.

tvDate.setOnClickListener(view ->
        Log.d("ClickEvent", "onClick: click")
);

정말 간편하고 보기 좋습니다!

그렇다면 아래와 같이 사용해도 괜찮을 것입니다.

@FunctionalInterface
public interface Adder {
    void add(int a, int b);
}

함수형 인터페이스 Adder가 있습니다.

void calc(Adder adder) {
    adder.add(3, 4);
}

그리고 매개변수의 타입이 함수형 인터페이스인 함수가 있죠.
이 함수는 Adder에 정의한 함수를 사용합니다.

그러면 이 함수는 이렇게 사용 가능합니다.

Adder adder = (a, b) -> a + b;
calc(adder);

혹은 바로 람다식을 매개변수로 지정하는 것도 가능합니다!

calc(
	(a, b) ->  a + b
);

이렇게 람다식을 잘 활용하면 코드를 훨씬 더 간결하게 짤 수 있습니다.

메서드 참조 👊

지금까지 정리한 람다가 정말 간단했는데
더욱 간결하게 표현할 수 있는 방법이 있습니다.

람다식이 하나의 메서드만 호출하는 경우
'메서드 참조(method reference)'라는 방법으로
람다식을 더욱 간결하게 표현할 수 있습니다.

그리고 '참조'라는 말의 의미로 알 수 있듯이
이미 존재하는 이름을 가진 메서드를 람다로써 사용할 수 있도록 참조하는 역할입니다.

위의 그 코드를 예를 들자면

Adder adder = (a, b) -> Integer.sum(a, b)

위의 예제는 두 개의 값을 받아서 값을 합하는 연산을 수행하는
Integer 클래스의 클래스 메서드인 sum() 메서드를 호출하는 람다 표현식입니다.

위의 식에서는 간단히 두 개의 값을 받아서 sum()에 넘겨주는 역할만 하니
간단하게 메서드 참조를 사용하여 표현할 수 있습니다.

Adder adder = Integer::sum;	 // 메서드 참조

일단 괄호()는 쓰지 않습니다.
이렇게 생략이 많이 되었는데 컴파일러는 어떻게 타입을 알 수 있을까요?
바로 sum() 메서드의 선언부를 통해서 알 수 있다.

이렇게 불필요한 매개변수를 제거하고 :: 기호를 사용하여 표현할 수 있다.

메서드 참조에는 2가지가 있습니다.

클래스::메소드 // 정적(static) 메소드 참조
참조변수::메소드 // 인스턴스 메소드 참조

위에서 클래스::메소드를 알아보았으니
이제 참조변수::메서드를 알아봅시다!

class Calculator {
    public int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

위의 코드에서 보이듯이 add() 메서드가 들어있는 클래스가 있습니다.

Adder adder = calculator::add;
System.out.println(adder.add(1, 2));

Adder adder2 = (a, b) -> calculator.add(a, b);
System.out.println(adder2.add(3, 4));

위와 같이 특정 인스턴스의 메서드를 참조할 때에도
참조 변수의 이름을 통해 메서드 참조를 사용할 수 있습니다.

생성자 참조 🤕

메서드 참조 방식으로 생성자도 참조할 수 있습니다.

예제를 간단하게 하나 봅시다.

class NameTag {
    String name;

    public NameTag(String name) {
        this.name = name;
    }
}

NameTag 클래스는 생성자를 가지고 있습니다.

Function<String, NameTag> f1 = (String name) -> new NameTag(name);
NameTag nameTag1 = f1.apply("myName");
System.out.println(nameTag1.name);

단순히 람다식 형태로 생성자를 호출했습니다.
그렇다면 메서드 참조 방식으로 나타내어 보겠습니다.

Function<String, NameTag> f2 = NameTag::new;
NameTag nameTag2 = f2.apply("yourName");
System.out.println(nameTag2.name);

위와 같이 NameTag::new로 간단하게 나타낼 수 있습니다!
하지만 생성자가 없다면 오류가 발생합니다.

마치며 👏

생각보다 긴 글을 써버려서 마지막까지 힘내지 못한거 같아 약간의 아쉬움이
남기도 합니다. 중간 중간 이상한 부분이나 수정이 필요한 부분이 있다면 아래의
댓글을 통하여 피드백을 주신다면 정말 감사하겠습니다. 남다르게 쓰려고 노력했지만
이상할 수 있는 이런 긴 글을 읽어주셔서 굉장히 감사합니다 :)