F#을 사용해야 하는 14가지 확실한 이유

원문 : http://www.itworld.co.kr/slideshow/88489?slide=1#stage_slide

F#은 강한 형식, 함수 우선 프로그래밍 언어로, 단순한 코드를 통해 복잡한 문제를 해결할 수 있게 해준다. ML을 기반으로 .Net 프레임워크 위에 구축되는 F#은 우수한 상호운용성, 이식성, 런타임 속도와 "5가지 C(conciseness 간결함, convenience 편리함, correctness 정확함, concurrency 동시성, completeness 완전성)를 제공한다.

F#은 처음에는 윈도우에서 마이크로소프트 리서치 프로젝트로만 제공됐지만 지금은 여러 플랫폼에서 주요 언어로 사용되고 있다.

맥 OS X와 리눅스에서 자마린 스튜디오(Xamarin Studio), 모노디벨롭(MonoDevelop), 이맥스(Emacs)의 도구 지원을 통해, 윈도우에서 비주얼 스튜디오, 자마린 스튜디오, 이맥스를 통해, 그리고 안드로이드와 iOS, 웹에서 HTML5를 통해 F#을 사용할 수 있다. 범용 프로그래밍 외에 F#은 GPU 코드, 빅데이터, 게임 등에도 적용할 수 있다.

[F#은 인터랙티브하다]

F#의 장점 중 하나는 코드를 시험해볼 수 있는 인터랙티브 REPL(읽기, 평가, 인쇄, 루프)이다. 왼쪽 상단부터 시계 방향으로 윈도우 8.1에서 실행 중인 비주얼 스튜디오 2013 업데이트 2, 크롬에서 실행되는 TryFsharp 온라인 편집기, 그리고 맥 OS X 10.9.3에서 실행 중인 자마린 스튜디오의 F# 인터랙티브 창이다. ;;은 F# 인터랙티브에 입력한 내용을 평가할 것으로 지시한다. TryFsharp.org에서 "run" 버튼도 동일한 신호를 보낸다. REPL을 사용하여 전체 프로그램에 넣기 전에 코드를 컴파일하고 테스트하면 개발 시간을 단축하고 버그를 줄일 수 있다.

[F#은 함수형 언어]

F#은 예를 들어 함수를 값으로 처리하기, 식에 이름 없는 함수를 사용하기, 함수의 조합으로 새 함수 만들기, 커리화된 함수, 함수 인수의 부분적 적용을 통한 암시적 함수 정의와 같은 함수형 프로그래밍 구조를 지원한다. 위쪽 스크린샷에서는 add 함수를 정의하여 사용한다. 함수 본문은 파이썬과 같이 들여쓰기로 처리되어 있으며 인수 형식은 + 연산자로 인해 정수로 추론된다. 아래 스크린샷에서는 콜론과 형식 이름을 사용하여 인수 이름 뒤에 형식 주석을 제공, F#이 phrase가 string 형식임을 알 수 있도록 한다.

[F#은 간결하다]

왼쪽 코드는 스콧 윌라스킨이라는 사람이 F#으로 구현한 퀵소트와 비슷한 알고리즘이다. 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 선언은 없음을 주목하라. 이는 함수가 비교 연산자를 지원하는 형식을 포함하는 목록을 정렬할 수 있음을 의미한다. fun 키워드는 익명 람다 함수를 정의하기 위한 것이다.

비교를 위해 다음 슬라이드에서 전통적인 C# 구현을 참고하라.

[비교를 위한 C# 구현]

F# 코드에 비해 C# 코드가 얼마나 거추장스러운지 알 수 있다.

[F#은 정말 간결하다]

스콧 윌라스킨에 따르면 총 4줄짜리 이 퀵소트 버전은 숙련된 함수형 코더가 작성한 F#의 전형적인 간결함을 보여준다. 물론 윌라스킨은 아마 이 코드가 정렬을 하지 않는다는 것을 가장 먼저 알았을 것이다. 필자는 이 코드를 이해하기 위해 몇 번을 읽어야 했지만 그만한 시간을 들일 가치는 있었다.

간단히 보면 첫 번째 케이스는 빈 목록을 반환해서 종료 조건을 제공한다. 두 번째 케이스는 목록을 첫 번째 요소와 나머지로 분할하고, 더 작은 값으로 시작하는 하위 목록을 smaller에 할당하고 다른 하위 목록을 larger에 할당한다. 하위 목록의 연속 내에서 함수는 smaller와 larger 목록을 재귀적으로 정렬한다.

[F#은 강한 형식을 통해 버그를 줄인다]

자바스크립트, 루비, 파이썬과 달리 F#은 동적 형식이 아닌 강한 형식을 사용한다. 또한 강한 형식을 사용하지만 모든 형식을 선언해야 하는 C, C++와 달리 F#은 가능할 때 언제든 형식 추론을 수행한다. 형식 추론이 불가능하지만 형식을 알아야 하는 경우 F# 컴파일러는 오류를 표시하고, 앞선 (phase:string) 인수에 대한 예제에서 toHackerTalk 함수에 대해 했던 것과 같은 형식 주석을 요청한다. 컴파일 시에 형식 불일치를 포착하는 방법으로 동적 형식 언어에서 자주 발생하는 많은 런타임 오류를 없앨 수 있다.

한편 F# let 바인딩은 이를 mutable로 명시적으로 선언하지 않는 한 불변이다.

[F#에는 풍부한 List, String, Array 모듈이 있다]

F#에는 .Net 프레임워크 기반의 List, String, Array 모듈을 포함해서 유용한 객체 집합이 풍부하게 있다. F#은 무엇보다 함수형 언어이지만 이러한 측면에서는 객체 지향 언어이기도 하다. 모듈 이름을 사용하든 형식 지정된 변수 이름을 사용하든 관계가 없다. 점을 추가하면 멤버 함수가 팝업된다. 어떤 사람들은 함수형 언어에서는 점을 사용하는 변수보다 명시적으로 모듈 이름을 사용하는 편이 더 낫다고 하지만 필자는 그렇게 생각하지 않는다.

[F#은 맵리듀스에 유용하다]

맵리듀스는 빅 데이터에 자주 사용되는 효율적인 2단계 프로세스이며, 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 결과를 집계하거나 줄인다. List.map은 강력한 고차 함수다. 즉, 다른 함수를 인수로 받는 함수다. F# 3.1은 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 (옵션으로 멤버와 함께) 나타낸다. 왼쪽 예제에서는 먼저 4개의 명명된 값을 사용하여 Book 레코드 형식을 정의한 다음 같은 4개의 이름을 사용해서 레코드를 만든다. F# 컴파일러는 이름을 대조하여 Book 형식을 정확히 추론한다.

[F# 레코드는 옵션 값을 포함할 수 있다]

레코드는 명명된 모든 값을 항상 포함할 필요는 없다. 형식을 정의할 때 명명된 값에 option 특성을 부여하면 레코드에서 뺄 수 있다. 옵션 값을 설정할 경우 이 값은 None(null이 됨) 또는 Some + 설정할 값이 될 수 있다. 레코드 필드는 속성으로 자동 노출된다는 면에서 클래스와 구분된다. F#의 클래스와 구조체는 .Net 클래스와 구조체이며 C# 및 비주얼 베이직 .Net과 호환되므로 따로 예는 들지 않겠다.

[F#에는 시퀀스가 있다]

F#의 시퀀스는 한 가지 형식의 요소의 논리적 계열이다. 시퀀스는 특히 대규모의 정렬된 데이터 컬렉션을 갖고 있지만 모든 요소를 사용할 일은 없을 경우에 유용하다. 개별 시퀀스 요소는 필요한 경우에만 계산되므로 사용되지 않는 요소가 있는 상황에서는 시퀀스가 목록보다 더 나은 성능을 제공할 수 있다. Seq 모듈은 시퀀스가 포함된 처리를 지원한다. 왼쪽 이미지에서 간단한 시퀀스, 식이 있는 시퀀스, 그리고 필터가 있는 시퀀스를 볼 수 있다.

[F#은 데이터 공급자와 LINQ를 지원한다]

TryFsharp를 사용해서 온라인 프리베이스(Freebase) 기상 데이터 집합을 열고 데이터 공급자에게 바람 값이 가장 큰 사이클론을 쿼리한다. query { } 구문은 F#용 LINQ를 구현한다. 비주얼 스튜디오 2013에서는 open Microsoft.FSharp.Data.TypeProviders를 사용하고 이후 적절한 데이터 공급자 서비스를 사용한다. 결과는 다음과 같다.

[Hurricane Andrew; Hurricane Hugo; 1900 Galveston hurricane;

Tropical Storm Allison; Cyclone Tracy; Hurricane Iniki; Hurricane Ivan;

999 Odisha cyclone; Hurricane Katrina; Typhoon Talim; Hurricane Rita;

Typhoon Herb; Hurricane Wilma; Typhoon Vera; 1962 Pacific typhoon season;

Typhoon Ike; Typhoon Mireille; Typhoon Babe; Tropical Storm Arlene;

Hurricane Irene; Typhoon Zeb; Typhoon Maemi; Typhoon Bess; Typhoon Chanchu;

Typhoon Patsy; Typhoon Ewiniar; Hurricane Ioke; Typhoon Xangsane;…

[F#은 하둡 데이터를 분석할 수 있다]

이 예제에서는 TryFsharp 편집기를 사용해서 다른 데이터 집합과 함께 붓꽃 특성에 대한 측정치와 측정 단위 주석을 포함한 하이브 인스턴스를 연다. 그에 맞춰 HiveTypeProvider 속성에서 단위 주석 사용을 활성화한다. 이 계산은 다음을 반환한다.

[F#은 패턴 매칭을 한다]

F# matchexpression은 식과 패턴 집합의 비교를 기반으로 분기를 제어하는 기능을 제공한다. 왼쪽 예제에서 라인 1 ~ 7은 재귀 isPalindromefunction을 정의한다. 라인 8 ~ 10은 전체 문자열을 처음 사용할 때 isPalindromethat 호출에 대한 래퍼 함수를 정의한다. "aba"는 회문이므로 라인 9의 thenclause는 Some s를 반환하고 라인 11의 matchstatement는 "The string aba is palindrome"을 생성한다. 라인 14의 _ 패턴은 기본 케이스다.

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

[F#은 비동기 워크플로우를 지원한다]

F#에는 비동기 워크플로를 위한 자체 구문이 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 대기한다. 평행성을 추가하려면 Async.Parallel 함수를 사용한다. 이 함수는 Async 객체의 목록을 취하고, 병렬로 실행할 각 Async 작업을 위한 코드를 설정하고 병렬 연산을 반영하는 Async 객체를 반환한다. 그런 다음 그 결과를 Async.RunSynchronously로 전달한다. (왼쪽 예제는 취미와 수익을 위한 F#(F# for Fun and Profit)에서 가져온 것임)

[F# 리소스]

F#에 대한 자세한 내용은 다음 링크에서 볼 수 있다.

Try F#
F# for Fun and Profit
F# Language Reference
Real World Functional Programming
F# books on Amazon
F# 3 White Paper
Additional references