F#을 사용해야 하는 14가지 분명한 이유

F#은 강한 형식의 함수 우선 프로그래밍 언어로, 복잡한 문제를 단순한 코드로 해결할 수 있게 해준다. ML을 기반으로 .NET 프레임워크 상에 구축된 F#은 우수한 상호운용성, 이식성, 런타임 속도, 그리고 “5C”인 간결함(conciseness), 편리함(convenience), 정확함(correctness), 동시성(concurrency), 완전성(completeness)을 제공한다.

F#은 초기에는 마이크로소프트 리서치 프로젝트로서 윈도우 전용이었지만 지금은 여러 가지 플랫폼에서 주요 언어로 사용된다. 맥과 리눅스에서는 자마린 스튜디오(Xamarin Studio), 모노디벨롭(MonoDevelop), 이맥스(Emacs) 등의 툴 지원을 통해, 윈도우에서는 비주얼 스튜디오, 자마린 스튜디오, 이맥스를 통해, 안드로이드와 iOS 디바이스, 웹에서도 HTML5를 통해 F#을 사용할 수 있다. F#은 범용 프로그래밍 외에도 GPU 코드, 빅 데이터, 게임 등 다양한 분야에 적용된다.

왜 F#을 사용할까? 14가지 이유를 살펴보자.

F#은 인터랙티브하다
F#의 장점 중 하나는 아래 화면 이미지에서 볼 수 있듯이 코드를 시험해볼 수 있는 인터랙티브 REPL(읽기, 평가, 인쇄, 루프)이 있다는 점이다. 왼쪽 상단부터 시계 방향으로 각각 윈도우의 비주얼 스튜디오, 크롬에서 실행 중인 TryFSharp, 맥 OS X에서 실행 중인 자마린 스튜디오의 F# 인터랙티브 창이다. ;;은 F# 인터랙티브에 입력한 내용을 평가할 것을 지시한다. TryFsharp에서 "run" 버튼도 동일한 신호를 보낸다. 코드를 전체 프로그램에 넣기 전에 REPL을 사용하여 컴파일하고 테스트하면 개발 시간을 단축하고 버그도 줄일 수 있다.

F#은 스크립팅을 위한 언어이다
F#은 프로그래밍 언어로도, 스크립팅 언어로도 사용할 수 있다. 아래 화면은 비주얼 스튜디오 샘플이다. 샘플에서 F# 스크립트는 코드를 실행하기 전에 F# 프로그램 파일 4개를 로드하고 .NET 라이브러리 2개를 연다. 여기에 사용된 [|…|] 구문은 배열을 선언한다. |> 구문은 정방향 파이프로, 왼쪽의 결과를 오른쪽 함수로 전달한다. 새 라인을 사용한 것은 구문 측면에서 별 의미는 없다. 전체 파이프 식을 라인 하나로 작성하는 것보다 코드를 더 읽기 쉽게 하기 위한 것일 뿐이다.

F#은 함수형이다
F#은 예를 들어 함수를 값으로 처리하기, 명명되지 않은 함수를 식에 사용하기, 함수 조합으로 새 함수 만들기, 커링된 함수, 부분적인 함수 인수 적용을 통한 암시적 함수 정의와 같은 함수형 프로그래밍 구조를 지원한다. 아래 화면에서 위쪽 스크린샷에서는 add 함수를 정의해 사용한다. 함수 본문은 파이썬과 같이 들여쓰기로 작성되며 + 연산자로 인해 인수 형식은 정수로 추론된다. 아래쪽 스크린샷에서는 인수 이름 뒤에 콜론과 형식 이름을 사용하여 형식 주석을 제공하며, 이로써 F#은 phrase가 string 형식임을 알 수 있다.

F#은 간결하다
아래 코드는 F#으로 구현한 퀵소트와 비슷한 알고리즘이다(작성자는 스콧 왈라스킨). rec 키워드는 함수가 재귀 함수임을 나타낸다. match..with 구문은 강화된 switch 문이며 |은 케이스를 나타낸다. []는 빈 목록을 나타낸다. firstElem과 otherElements는 자동으로 생성된다.

코드의 어느 부분에도 형식 선언이 없으며, 이는 함수가 어느 형식이든 비교 연산자를 지원하는 형식이 포함된 목록을 정렬할 수 있음을 의미한다. fun 키워드는 익명 람다 함수를 정의하기 위한 것이다.

아래의 전통적인 C# 구현과 비교해 보자.

F# 코드에 비해 C# 코드에는 뭔가 덕지덕지 많이 붙어 있다.

F#은 정말 간결하다
스콧 왈라스킨에 따르면 총 4줄로 된 아래의 퀵소트 버전은 숙련된 함수형 코더가 작성한 F#의 전형적인 간결함을 보여준다. 물론 왈라스킨은 이 코드가 바로 정렬을 하지는 않는다는 점을 가장 먼저 알아챘을 것이다. 필자는 몇 번을 반복해서 보고 나서야 이 코드를 이해할 수 있었는데, 그만큼 시간을 들일 가치가 있는 코드다.

간단히 보면 첫 번째 케이스는 빈 목록을 반환해(전달된 경우) 종료 조건을 제공하고, 두 번째 케이스는 목록을 첫 번째 요소와 나머지로 분할하여 더 작은 값으로 시작하는 하위 목록을 smaller에 할당하고 그 외의 하위 목록을 larger에 할당한다. 하위 목록 연속체 내에서 함수는 smaller와 larger 목록을 재귀적으로 정렬한다.

F#은 강한 형식을 통해 버그를 줄인다
자바스크립트, 루비, 파이썬과 달리 F#의 형식은 동적으로 지정되지 않고 강하게 지정된다. C, C++도 강한 형식을 사용하지만 모든 형식을 지정해야 하는 반면 F#은 가능할 때마다 형식을 추론한다. 형식 추론이 불가능하지만 형식을 알아야 하는 경우 F# 컴파일러는 오류를 표시하고 형식 주석이 필요함을 알린다(예를 들어 앞 예제에서 toHackerTalk 함수의 (phrase:string) 인수에 했던 것과 같은 주석). 컴파일 시에 형식 불일치를 포착하면 동적 형식 지정 언어에서 수시로 발생하는 많은 런타임 오류를 없앨 수 있다.

한편 F# let 바인딩은 mutable로 구체적으로 선언하지 않는 한 불변이다.

F#에는 List, String, Array를 포함한 다양하고 유용한 객체가 있다
아래 IntelliSense에서 볼 수 있듯이 F#에는 .NET 프레임워크를 기반으로 하는 List, String, Array 모듈이 풍부하다. F#은 다른 무엇보다 함수형 언어지만 이러한 측면에서는 객체 지향 언어이기도 하다. 모듈 이름을 사용하든 형식이 지정된 이름을 변수 이름을 사용하든 관계 없다. 점을 추가하면 멤버 함수가 표시된다. 함수형 언어에서는 점을 사용하는 변수보다 명시적으로 모듈 이름을 사용하는 편이 낫다는 의견도 있지만 필자는 꼭 그렇지는 않다고 생각한다.

F#은 맵리듀스에 유용하다
맵리듀스는 빅데이터에 자주 사용되는 효율적인 2단계 프로세스로, 하둡에서 명시적으로 지원된다. 이 F# 예제에서는 정수 목록을 맵핑하고 줄인다. 먼저 짝수로 목록을 필터링한 다음 각 수에 2를 곱하고, 마지막으로 목록에 있는 모든 요소의 합을 구해 집계하거나 결과를 줄인다. List.map은 강력한 고차 함수다. 고차 함수란 다른 함수를 인수로 받는 함수를 말한다. F#은 목록과 배열 외에 레코드, 시퀀스, 데이터 형식 공급자, 그리고 LINQ(언어 통합 쿼리)를 지원한다.

F#에는 레코드가 있다
F# 레코드는 명명된 값의 단순한 집계를 나타내며, 선택적으로 멤버와 함께 나타낼 수 있다. 아래 예제에서는 먼저 4개의 명명된 값이 있는 Book 레코드 형식을 정의한 다음 동일한 4개의 이름을 사용하여 레코드를 생성한다. F# 컴파일러는 이름을 대조하여 Book 형식을 정확히 추론한다.

F# 레코드는 옵션 값을 가질 수 있다
레코드는 모든 명명된 값을 항상 포함할 필요는 없다. 형식을 정의할 때 명명된 값에 option 특성을 부여하면 레코드에서 제외할 수 있다. 옵션 값을 설정할 경우 이 값은 None(null이 됨)이 될 수도 있고 Some 다음에 설정하고자 하는 값을 붙일 수도 있다. 레코드 필드는 속성으로 자동 노출된다는 면에서 클래스와 구분된다. F#의 클래스와 구조체는 .NET 클래스 및 구조체이며 C# 및 비주얼 베이직 .NET과 호환되므로 따로 예는 들지 않겠다.

F#에는 시퀀스가 있다
F#의 시퀀스는 한 가지 형식의 모든 요소의 논리적 계열이다. 시퀀스는 대규모의 정렬된 데이터 컬렉션이 있지만 모든 요소를 사용할 필요는 없는 경우에 특히 유용하다. 개별 시퀀스 요소는 필요한 경우에만 계산되므로 사용되지 않는 요소가 있는 상황에서는 시퀀스가 목록보다 더 나은 성능을 제공할 수 있다. Seq 모듈은 시퀀스가 포함된 조작을 지원한다. 아래 화면은 간단한 시퀀스, 식이 있는 시퀀스, 그리고 필터가 있는 시퀀스이다.

F#은 데이터 공급자와 LINQ를 지원한다
아래는 TryFSharp 편집기를 사용해서 온라인 프리베이스(Freebase) 기상 데이터 집합을 열고 데이터 공급자에 바람 값이 가장 크기 기록된 사이클론을 쿼리한다. query { } 구문은 F#용 LINQ를 구현한다. 이러한 DLL 사용은 TryFSharp에만 해당된다. 비주얼 스튜디오에서는 Microsoft.FSharp.Data.TypeProviders를 연 다음 적절한 데이터 공급자 서비스를 사용한다.

결과는 다음과 같다.

F#은 하둡 데이터를 분석할 수 있다
다음 예제에서는 TryFsharp 편집기를 사용해서 하둡 하이브(Hive) 인스턴스를 연다. 인스턴스에는 다른 데이터 집합과 함께 붓꽃 특성에 대한 측정값과 측정 단위 주석이 포함되어 있다. 그에 맞춰 HiveTypeProvider 속성에서 단위 주석 사용을 활성화한다.

결과는 다음과 같다.

val avgPetalLength : float<Data.UnitSystems.SI.UnitNames.metre> = 0.0374966443

F#은 패턴 매칭을 한다
F# match 식은 식과 패턴 집합의 비교를 기반으로 하는 분기 제어 기능을 제공한다. 아래 예제에서 라인 1~7은 재귀 isPalindrome 함수를 정의한다. 라인 8~10은 전체 문자열을 처음 사용할 때 호출하는 isPalindrome에 대한 래퍼 함수를 정의한다. "aba"는 회문이므로 라인 9의 then 절은 Some s를 반환하고, 라인 11의 match 문은 " The string aba is palindrome"을 생성한다. 라인 14의 _ pattern은 기본 케이스다.

F#의 match..| 문은 C#, C++ 및 자바의 switch..case 문에 비해 장점이 많은데, 가장 중요한 장점은 버그를 덜 일으킨다는 점이다.

F#은 비동기 워크플로를 지원한다
F#은 .NET 프레임워크의 모든 요소에 액세스할 수 있지만 비동기 워크플로를 위한 자체 구문도 있다. async { expression } 구문은 비차단 연산을 정의한다. do! 키워드는 비동기 연산을 수행하고 결과를 기다린다. let! 키워드는 비동기 연산을 대기하고 결과를 할당한다. use!는 비동기 연산을 기다리고 결과를 할당하고 리소스를 해제한다. Async.RunSynchronously는 비동기 연산을 실행하고 결과를 기다린다.

병렬성을 추가하려면 Async.Parallel 함수를 사용한다. 이 함수는 Async 객체의 목록을 취하고, 병렬로 실행할 각 Async 작업 객체를 위한 코드를 설정하고, 병렬 연산을 반영하는 Async 객체를 반환한다. 그런 다음 그 결과를 Async.RunSynchronously로 전달한다. 예제는 취미와 수익을 위한 F#(F# for Fun and Profit)에서 가져온 것이다. editor@itworld.co.kr

Martin Heller editor@itworld.co.kr
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