[JS] 고차함수

고차함수

​ 함수를 인수로 전달받거나 함수를 반환하는 함수를 말한다. 자바스크립트의 함수는 일급 객체이므로 함수를 값처럼 인수로 전달할 수 있으며, 반환할 수도 있다.

Achievement Goals

• 일급 객체(first-class citizen)의 세 가지 특징을 설명할 수 있다.

• 고차 함수(higher-order function)에 대해 설명할 수 있다.
• 고차 함수를 자바스크립트로 작성할 수 있다.
• 배열 내장 고차함수 filter에 대해서 이해할 수 있다.
• filter에 대한 이해를 기반으로, 나머지 고차함수를 스스로 학습할 수 있다.
  • forEach, find, filter, map, reduce, sort, some, every
• 추상화(abstraction)에 대해 설명할 수 있다.
• 추상화의 관점에서 고차 함수가 갖는 이점에 대해 설명할 수 있다.
• 고차 함수를 활용하여 프로그램을 작성할 수 있다.

Advanced Challenges

• MapReduce 학습하기 (MapReduce Model)
• 자바스크립트에서 커링(currying)과 클로저(closure)의 차이 이해하기 (js closure vs curry)
• 선언형 프로그래밍(declarative programming)과 절차형 프로그래밍(imperative programming)의 차이를 배열 메소드를 통해 이해하기. (js imperative vs declarative)
• 함수의 조합(function composition)에 대해 학습하기 (javascript function composition)

Intro

고차함수는 외부 상태의 변경이나 가변 데이터를 피하고 불변성을 지향하는 함수형 프로그래밍에 기반을 두고 있다. 함수형 프로그래밍은 순수 함수와 보조 함수의 조합을 통해 로직 내에 존재하는 조건문과 반복문을 제거해여 복잡성을 해결하고 변수의 사용을 억제하여 상태 변경을 피하려는 프로그래밍 패러다임이다. 순수 함수를 통해 부수 효과를 최대한 억제해 오륲를 피하고 프로그램의 안정성을 높이려는 노력의 일환이라고 할 수 있다.

다음은 자바스크립트에서 지원하는 고차 함수이다. 특히 배열은 매우 유용한 고차함수를 제공한다.

배열 고차함수

• Array.prototype.sort

  Sort AP서드는 배열의 요소를 정렬한다. 원본 배열을 직접 변경하며 정렬된 배열을 반환한다. 기본적으로 오름차순으로 요소를 정렬한다.

  const fruits = ['Banana', 'Orange', 'Apple'];
    
  // 오름차순(ascending) 정렬
  fruits.sort();
    
  // sort 메서드는 원본 배열을 직접 변경한다.
  console.log(fruits); // ['Apple', 'Banana', 'Orange']
  

  한글 문자열 요소도 오름차순으로 정렬한다.

  const fruits = ['바나나', '오렌지', '사과'];
    
  // 오름차순(ascending) 정렬
  fruits.sort();
    
  // sort 메서드는 원본 배열을 직접 변경한다.
  console.log(fruits); // ['바나나', '사과', '오렌지']
  

  문자열 요소로 이루어진 배열의 정렬은 아무런 문제가 없지만, 숫자 요소로. 이루어진 배열을 정렬할 때는 주의가 필요하다. sort메서드의 기본 정렬 순서는 유니코드 코드 포인트의 순서를 따른다. 배열의 요소가 숫자 타입이라 할지라도 배열의 요소를 일시적으로 문자열로 변환한 후 유니코드 코드 포인트의 순서를 기준으로 정렬한다. 따라서 **숫자 요소를 정렬할 때는 sort메서드에 정렬 순서를 정의하는 비교 함수를 인수로 전달해야 한다. **

  const points = [40, 100, 1, 5, 2, 25, 10];
    
  // 숫자 배열의 오름차순 정렬. 비교 함수의 반환값이 0보다 작으면 a를 우선하여 정렬한다.
  points.sort((a, b) => a - b);
  console.log(points); // [1, 2, 5, 10, 25, 40, 100]
    
  // 숫자 배열에서 최소/최대값 취득
  console.log(points[0], points[points.length]); // 1
    
  // 숫자 배열의 내림차순 정렬. 비교 함수의 반환값이 0보다 작으면 b를 우선하여 정렬한다.
  points.sort((a, b) => b - a);
  console.log(points); // [100, 40, 25, 10, 5, 2, 1]
    
  // 숫자 배열에서 최대값 취득
  console.log(points[0]); // 100
  

  객체를 요소로 갖는 배열을 정렬하는 예제는 다음과 같다.

  const todos = [
    { id: 4, content: 'JavaScript' },
    { id: 1, content: 'HTML' },
    { id: 2, content: 'CSS' }
  ];
    
  // 비교 함수. 매개변수 key는 프로퍼티 키다.
  function compare(key) {
    // 프로퍼티 값이 문자열인 경우 - 산술 연산으로 비교하면 NaN이 나오므로 비교 연산을 사용한다.
    // 비교 함수는 양수/음수/0을 반환하면 되므로 - 산술 연산 대신 비교 연산을 사용할 수 있다.
    return (a, b) => (a[key] > b[key] ? 1 : (a[key] < b[key] ? -1 : 0));
  }
    
  // id를 기준으로 오름차순 정렬
  todos.sort(compare('id'));
  console.log(todos);
  /*
  [
    { id: 1, content: 'HTML' },
    { id: 2, content: 'CSS' },
    { id: 4, content: 'JavaScript' }
  ]
  */
    
  // content를 기준으로 오름차순 정렬
  todos.sort(compare('content'));
  console.log(todos);
  /*
  [
    { id: 2, content: 'CSS' },
    { id: 1, content: 'HTML' },
    { id: 4, content: 'JavaScript' }
  ]
  */
  

• Array.prototype.forEach

  forEach문은 for문을 대체할 수 있는 고차함수다. forEach 메서드는 자신의 내부에서 반복문을 실행한다. 즉 forEach 메서드는 반복문을 추상화한 고차함수로서 내부에서 반복문을 통해 자신을 호출한 배열을 순회하면서 수행해야 할 처리를 콜백함수로 전달받아 반복 호출한다.

  const numbers = [1, 2, 3];
  let pows = [];
    
  // for 문으로 배열 순회
  for (let i = 0; i < numbers.length; i++) {
    pows.push(numbers[i] ** 2);
  }
  console.log(pows); // [1, 4, 9]
    
  // forEach 메서드는 numbers 배열의 모든 요소를 순회하면서 콜백 함수를 반복 호출한다.
  numbers.forEach(item => pows.push(item ** 2));
  console.log(pows); // [1, 4, 9]
  

• Array.prototype.map

  map메서드는 자신을 호출한 배열의 모든 요소를 순회하면서 인수로 전달받은 콜백함수를 반복 호출한다. 그리고 콜백 함수의 반환값들로 구성된 새로운 배열을 반환한다. 원본 배열은 변경되지 않는다.

  const numbers = [1, 4, 9];
    
  // map 메서드는 numbers 배열의 모든 요소를 순회하면서 콜백 함수를 반복 호출한다.
  // 그리고 콜백 함수의 반환값들로 구성된 새로운 배열을 반환한다.
  const roots = numbers.map(item => Math.sqrt(item));
    
  // 위 코드는 다음과 같다.
  // const roots = numbers.map(Math.sqrt);
    
  // map 메서드는 새로운 배열을 반환한다
  console.log(roots);   // [ 1, 2, 3 ]
  // map 메서드는 원본 배열을 변경하지 않는다
  console.log(numbers); // [ 1, 4, 9 ]
  

  forEach메서드와 map메서드의 공통점은 자신을 호출한 배열의 모든 요소를 순회하면서 인수로 전달받은 콜백 함수를 반복 호출한다는 것이다. 하지만 forEach메서드는 언제나 undefined를 반환하고, map 메서드는 콜백 함수의 반환값들로 구성된 새로운 배열을 반환하는 차이가 있다. 즉, forEach 메서드는 단순히 반복문을 대체하기 위한 고차 함수이고, map 메서드는 요소값을 다른 값으로 매핑한 새로운 배열을 생성하기 위한 고차 함수다.

• Array.prototype.filter

  filter메서드는 콜백함수의 반환값이 true인 요소로만 구성된 새로운 배열을 반환한다. 이때 원본 배열은 변경되지 않는다. filter메서드는 자신을 호출한 배열에서 특정 필터링 조건을 만족하는 요소만 추출해 새로운 배열을 만들때 사용한다.

  const numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
    
  // filter 메서드는 numbers 배열의 모든 요소를 순회하면서 콜백 함수를 반복 호출한다.
  // 그리고 콜백 함수의 반환값이 true인 요소로만 구성된 새로운 배열을 반환한다.
  // 다음의 경우 numbers 배열에서 홀수인 요소만을 필터링한다(1은 true로 평가된다).
  const odds = numbers.filter(item => item % 2);
  console.log(odds); // [1, 3, 5]
  

• Array.prototype.reduce

  reduce메서드는 콜백 함수의 반환값을 다음 순회 시에 콜백 함수의 첫 번째 인수로 전달하면서 콜백 함수를 호출해 하나의 결과값을 만들어 반환한다. 이때 원본 배열은 변경되지 않는다.

  // [1, 2, 3, 4]의 모든 요소의 누적을 구한다.
  const sum = [1, 2, 3, 4].reduce((accumulator, currentValue, index, array) => accumulator + currentValue, 0);
    
  console.log(sum); // 10
  

  reduce 메서드의 다양한 활용법을 보자

  평균 구하기

  // 평균 구하기
  const values = [1, 2, 3, 4, 5, 6];
    
  const average = values.reduce((acc, cur, i, { length }) => {
    // 마지막 순회가 아니면 누적값을 반환하고 마지막 순회면 누적값으로 평균을 구해 반환한다.
    return i === length - 1 ? (acc + cur) / length : acc + cur;
  }, 0);
    
  console.log(average); // 3.5
  

  최대값 구하기

  const values = [1, 2, 3, 4, 5];
    
  const max = values.reduce((acc, cur) => (acc > cur ? acc : cur), 0);
  console.log(max); // 5
  

  최대값 구할대는 Math,max메서드를 이용하는게 더 직관적이다.

  const values = [1, 2, 3, 4, 5];
    
  const max = Math.max(...values);
  console.log(max); // 5
  

  요소의 중복 횟수 구하기

  const fruits = ['banana', 'apple', 'orange', 'orange', 'apple'];
    
  const count = fruits.reduce((acc, cur) => {
    // 첫 번째 순회 시 acc는 초기값인 {}이고 cur은 첫 번째 요소인 'banana'다.
    // 초기값으로 전달받은 빈 객체에 요소값인 cur을 프로퍼티 키로, 요소의 개수를 프로퍼티 값으로
    // 할당한다. 만약 프로퍼티 값이 undefined(처음 등장하는 요소)이면 프로퍼티 값을 1로 초기화한다.
    acc[cur] = (acc[cur] || 0) + 1;
    return acc;
  }, {});
    
  // 콜백 함수는 총 5번 호출되고 다음과 같이 결과값을 반환한다.
  /*
  {banana: 1} => {banana: 1, apple: 1} => {banana: 1, apple: 1, orange: 1}
  => {banana: 1, apple: 1, orange: 2} => {banana: 1, apple: 2, orange: 2}
  */
    
  console.log(count); // { banana: 1, apple: 2, orange: 2 }
  

  중첩 배열 평탄화

  const values = [1, [2, 3], 4, [5, 6]];
    
  const flatten = values.reduce((acc, cur) => acc.concat(cur), []);
  // [1] => [1, 2, 3] => [1, 2, 3, 4] => [1, 2, 3, 4, 5, 6]
    
  console.log(flatten); // [1, 2, 3, 4, 5, 6]
  

  중첩 배열 평탄화 할때는 flat메서드를 사용하는 게 더 직관적이다.

  [1, [2, 3, 4, 5]].flat(); // -> [1, 2, 3, 4, 5]
    
  // 인수 2는 중첩 배열을 평탄화하기 위한 깊이 값이다.
  [1, [2, 3, [4, 5]]].flat(2); // -> [1, 2, 3, 4, 5]
  

  중복 요소 제거

  const values = [1, 2, 1, 3, 5, 4, 5, 3, 4, 4];
    
  const result = values.reduce((acc, cur, i, arr) => {
    // 순회 중인 요소의 인덱스가 자신의 인덱스라면 처음 순회하는 요소다.
    // 이 요소만 초기값으로 전달받은 배열에 담아 반환한다.
    // 순회 중인 요소의 인덱스가 자신의 인덱스가 아니라면 중복된 요소다.
    if (arr.indexOf(cur) === i) acc.push(cur);
    return acc;
  }, []);
    
  console.log(result); // [1, 2, 3, 5, 4]
  

  중복 요소를 제거할 때는 filter 메서드를 사용하는 방법이 더 직관적이다.

  const values = [1, 2, 1, 3, 5, 4, 5, 3, 4, 4];
    
  // 순회중인 요소의 인덱스가 자신의 인덱스라면 처음 순회하는 요소이다. 이 요소만 필터링한다.
  const result = values.filter((v, i, arr) => arr.indexOf(v) === i);
  console.log(result); // [1, 2, 3, 5, 4]
  

  또한 중복 되지 않는 유일한 값들의 집합인 Set를 사용할 수도 있다.

  const values = [1, 2, 1, 3, 5, 4, 5, 3, 4, 4];
    
  // 중복을 허용하지 않는 Set 객체의 특성을 활용하여 배열에서 중복된 요소를 제거할 수 있다.
  const result = [...new Set(values)];
  console.log(result); // [1, 2, 3, 5, 4]
  

  앞서 보여준대로 reduce 메서드의 두 번째 인수로 전달하는 초기값은 첫 번째 순회에 콜백 함수의 첫 번째 인수로 전달된다. 주의할 것은 두 번째 인수로 전달하는 초기값이 옵션이라는 것이다. 즉, reduce 메서드의 두 번째 인수로 전달하는 초기값은 생략할 수 있다. 하지만 reduce메서드를 호출할 때는 언제나 초기값을 전달하는 것이 안전하다.

  const sum = [].reduce((acc, cur) => acc + cur);
  // TypeError: Reduce of empty array with no initial value
  // 빈 배열로 reduce 메서드를 호출하면 에러가 발생하는데, 초기값을 전달하면 에러가 발생하지 않는다.
    
  const sum = [].reduce((acc, cur) => acc + cur, 0);
  console.log(sum); // 0
  

• Array.prototype.some

  some 메서드는 콜백 함수의 반환값이 단 한번이라도 참이면 true, 모두 거짓이면 false를 반환하다. 즉, 배열의 요소 중에 콜백함수를 통해 정의한 조건을 만족하는 요소가 1개 이상 존재하는지 확인해 그 결과를 불리언 타입으로 반환한다.

  // 배열의 요소 중에 10보다 큰 요소가 1개 이상 존재하는지 확인
  [5, 10, 15].some(item => item > 10); // -> true
    
  // 배열의 요소 중에 0보다 작은 요소가 1개 이상 존재하는지 확인
  [5, 10, 15].some(item => item < 0); // -> false
    
  // 배열의 요소 중에 'banana'가 1개 이상 존재하는지 확인
  ['apple', 'banana', 'mango'].some(item => item === 'banana'); // -> true
    
  // some 메서드를 호출한 배열이 빈 배열인 경우 언제나 false를 반환한다.
  [].some(item => item > 3); // -> false
  

• Array.prototype.every

  some메서드와 반대로 every 메서드는 콜백 함수의 반환값이 모두 참이면 true, 단 한 번이라도 거짓이면 false를 반환한ㅌ다. 배열의 모든 요소가 콜백함수를 통해 정의한 조건을 모두 만족하는지 확인해 그 결과를 불리언 타입으로 반환한다.

  // 배열의 모든 요소가 3보다 큰지 확인
  [5, 10, 15].every(item => item > 3); // -> true
    
  // 배열의 모든 요소가 10보다 큰지 확인
  [5, 10, 15].every(item => item > 10); // -> false
    
  // every 메서드를 호출한 배열이 빈 배열인 경우 언제나 true를 반환한다.
  [].every(item => item > 3); // -> true
  

• Array.prototype.find

  find메서드는 콜밸함수를 호출하여 반환값이 true인 첫 번째 요소를 반환한다. 콜백 함수의 반환값이 true인 요소가 존재하지 않으면 undefined를 반환한다.

  const users = [
    { id: 1, name: 'Lee' },
    { id: 2, name: 'Kim' },
    { id: 2, name: 'Choi' },
    { id: 3, name: 'Park' }
  ];
    
  // id가 2인 첫 번째 요소를 반환한다. find 메서드는 배열이 아니라 요소를 반환한다.
  users.find(user => user.id === 2); // -> {id: 2, name: 'Kim'}
  

• Array.prototype.findIndex

  findIndex메서드는 콜백 함수를 호출해 반환값이 true인 첫 번째 요소의 인덱스를 반환한다. 콜백 함수의 반환값이 true인 요소가 존재하지 않는다면 -1을 반환한다.

  const users = [
    { id: 1, name: 'Lee' },
    { id: 2, name: 'Kim' },
    { id: 2, name: 'Choi' },
    { id: 3, name: 'Park' }
  ];
    
  // id가 2인 요소의 인덱스를 구한다.
  users.findIndex(user => user.id === 2); // -> 1
    
  // name이 'Park'인 요소의 인덱스를 구한다.
  users.findIndex(user => user.name === 'Park'); // -> 3
    
  // 위와 같이 프로퍼티 키와 프로퍼티 값으로 요소의 인덱스를 구하는 경우
  // 다음과 같이 콜백 함수를 추상화할 수 있다.
  function predicate(key, value) {
    // key와 value를 기억하는 클로저를 반환
    return item => item[key] === value;
  }
    
  // id가 2인 요소의 인덱스를 구한다.
  users.findIndex(predicate('id', 2)); // -> 1
    
  // name이 'Park'인 요소의 인덱스를 구한다.
  users.findIndex(predicate('name', 'Park')); // -> 3
  

• Array.prototype.flatMap

  map메서드를 통해 생성된 새로운 배열을 평탄화 한다. 즉 map 메서드와 flat 메서드를 순차적으로 실행하는 결과를 반환한다. 단, flat 메서드처럼 인수를 전달해 평탄화 깊이를 지정할 수는 없고 1단계만 평탄화 한다.

  const arr = ['hello', 'world'];
    
  // map과 flat을 순차적으로 실행
  arr.map(x => x.split('')).flat();
  // -> ['h', 'e', 'l', 'l', 'o', 'w', 'o', 'r', 'l', 'd']
    
  // flatMap은 map을 통해 생성된 새로운 배열을 평탄화한다.
  arr.flatMap(x => x.split(''));
  // -> ['h', 'e', 'l', 'l', 'o', 'w', 'o', 'r', 'l', 'd']
    
  // flatMap은 1단계만 평탄화한다.
  arr.flatMap((str, index) => [index, [str, str.length]]);
  // -> [[0, ['hello', 5]], [1, ['world', 5]]] => [0, ['hello', 5], 1, ['world', 5]]
    
  // 평탄화 깊이를 지정해야 하면 flatMap 메서드를 사용하지 말고 map 메서드와 flat 메서드를 각각 호출한다.
  arr.map((str, index) => [index, [str, str.length]]).flat(2);
  // -> [[0, ['hello', 5]], [1, ['world', 5]]] => [0, 'hello', 5, 1, 'world', 5]
  

추상화(abstraction)란?

​ 복잡한 자료, 모듈, 시스템 등으로부터 핵심적인 개념 또는 기능을 간추려 내는 것을 말한다. 좀 더 자세한 내용은 다음 프로토타입 포스팅에서 정리하자.

데이터 추상화의 장점

• 사용자가 낮은 수준의 코드를 작성하지 않도록 도움.

• 코드 중복 방지 및 재사용성 향상.

• 사용자에게 영향을 끼치지 않은 채로 독립적으로 클래스의 내부 구현 변경 가능

• 중요한 세부 정보만 사용자에게 제공하므로 응용 프로그램 또는 프로그램의 보안 향상에 도움

참고 문서

모던 자바스크립트 Deep Dive

mdn 문서

정리

• Map, filter, reduce메서드는 확실하게 숙지해둘것.
• 함수형 프로그래밍을 위해 forEach는 다시 한 번 살펴보면 좋을듯..?
• 그외 나머지는 기억은 해두자.