12. 함수

함수

프로그래밍 언어의 함수는 일련의 과정을 문으로 구현하고 코드 블록으로 감싸서 하나의 실행 단위로 정의한 것이다. 이때 함수의 역할은 입력을 받아서 정의된 일련의 과정을 실행하고, 반환값을 출력하는 것이다. 입력을 전달받는 변수를 매개변수(parameter), 입력을 인수(argument), 출력을 반환값(return value)이라 한다. 함수는 함수 정의를 통해 생성한다. 자바스크립트의 함수는 다양한 방법으로 정의할 수 있다. 함수를 실행하기 위해서는 필요한 입력, 즉 인수를 매개변수를 통해 함수에 전달하면서 함수의 실행을 명시적으로 지시해야 한다. 이를 함수 호출이라 한다. 함수 호출의 실행 결과는 반환된 반환값이다. 함수는 객체 타입의 값이다. 

 

함수를 사용하는 이유

함수는 코드의 재사용 측면에서 매우 유용하다. 코드의 중복을 억제하고 재사용성을 높이는 함수는 유지보수의 편의성을 높이고 실수를 줄여 코드의 신뢰성을 높이는 효과가 있다. 함수에는 이름(식별자)를 붙일 수 있다. 적절한 함수 이름은 함수의 내부 코드를 이해하지 않고도 함수의 역할을 파악할 수 있게 돕는다. 이는 코드의 가독성을 향상시킨다.

 

함수 리터럴

함수 리터럴은 function 키워드, 함수 이름, 매개 변수 목록, 함수 몸체로 구성된다.

var f = function add(x,y){
	return x + y;
};

함수 리터럴을 변수에 할당하고 있다. 리터럴은 값을 생성하기 위한 표기법이다. 함수 리터럴도 평가되어 값을 생성하며 이 값은 객체다. 즉 함수는 객체다. 함수는 일반 객체와는 다르다. 일반 객체는 호출할 수 없지만 함수는 호출할 수 있다. 그리고 함수 객체만의 고유한 프로퍼티를 갖는다. 함수가 객체라는 사실은 다른 프로그래밍 언어와 구별되는 자바스크립트의 중요한 특징이다. 이 특징은 18. 함수와 일급 객체에서 다루고 있다.

함수 리터럴의 구성 요소

구성요소	설명
함수 이름	함수 이름은 식별자다. 따라서 식별자 네이밍을 준수해야 한다. 함수 이름은 함수 몸체 내에서만 참조할 수 있는 식별자다. 함수 이름은 생략할 수 있다. 이름이 있는 함수를 기명 함수, 이름이 없는 함수를 익명함수라 한다.
매개변수 목록	0개 이상의 매개변수를 소괄호로 감싸고 쉼표로 구분한다. 각 매개변수에는 함수를 호출할 때 지정한 인수가 순서대로 할당된다. 즉 매개변수 목록은 순서에 의미가 있다.  매개변수는 함수 몸체 내에서 변수와 동일하게 취급된다. 따라서 매개변수도 변수와 마찬가지로 식별자 네이밍 규칙을 준수해야 한다.
함수 몸체	함수가 호출되었을 때 일괄적으로 실행될 문들을 하나의 실행 단위로 정의한 코드 블록이다.  함수 몸체는 함수 호출에 의해 실행된다.

 

함수 정의

함수 정의란 함수를 호출하기 이전에 인수를 전달받을 매개변수와 실행할 문들, 반환값을 지정하는 것을 말한다. 정의된 함수는 자바스크립트 엔진에 의해 평가되어 함수 객체가 된다. 함수를 정의하는 방법에는 4가지가 있다. 함수는 정의 방식에 따라 차이점이 존재한다. 

함수 정의 방식	예시
함수 선언문	function add(x,y){ return x+y }
함수 표현식	var add = function(x,y){return x+y}
Function 생성자 함수	var add = new Function('x', 'y', 'return x+y')
화살표 함수(ES6)	var add = (x,y) => x+y

함수 선언문

함수 선언문은 함수 이름을 생략할 수 없다. 함수 선언문은 표현식이 아닌 문이다. 따라서 변수에 할당할 수 없다. 함수 선언문은 함수 리터럴과 함수 이름을 생략할 수 없다는 점을 제외하면 그 형식이 동일하다(기명 함수 리터럴). 함수 리터럴은 값으로 평가되지만 함수 선언문은 값으로 평가되지 않는다. 자바스크립트 엔진은 코드 문맥에서 값으로 평가되어야 한다면(피연산자) 기명 함수 리터럴로, 그렇지 않다면 함수 선언문으로 해석한다. 이때 함수가 생성된다는 점은 동일하지만 생성하는 동작 방식에 차이가 있다.

함수 선언문은 해석될 때 함수 객체를 생성한다. 이 때 함수 이름은 함수 내부에서만 참조할 수 있는 식별자이기 때문에 외부에서 호출할 수 있도록 함수 이름과 동일한 이름의 식별자를 암묵적으로 생성하고 거기에 함수 객체를 할당한다. 따라서 함수는 함수 이름으로 호출하는 것이 아니라 함수 객체를 가리키는 식별자로 호출한다. 함수 선언문도 함수 표현식으로 변환되어 함수 객체를 생성한다고 볼 수 있다. 하지만 함수 선언문으로 정의된 함수는 함수 호이스팅을, 함수 표현식으로 정의된 함수는 변수 호이스팅을 따르기 때문에 함수 객체 생성 시점에 차이가 존재한다.

함수 표현식

함수는 객체 타입의 값이고, 그 중에서도 일급 객체에 해당한다. 일급 객체란 값의 성질을 갖는 객체를 말한다. 따라서 함수는 값처럼 자유롭게 사용될 수 있다. 때문에 함수 표현식이 가능한 것이다. 함수 표현식이란 함수 리터럴로 생성한 함수 객체를 변수에 할당하는 것을 말한다. 함수 리터럴의 함수 이름은 생략할 수 있다. 이러한 함수를 익명 함수라 한다. 일반적으로 함수 표현식의 함수 리터럴은 익명함수로 작성한다. 

함수 생성 시점과 함수 호이스팅

함수 선언문으로 정의한 함수와 함수 표현식으로 정의한 함수는 서로 생성 시점이 다르다. 함수 선언문으로 정의된 함수는 함수 호이스팅을 따라 생성된다. 함수 선언문은 변수 호이스팅과 동일하게 소스 코드의 평가 과정에서 실행되고, undefined로 초기화되는 변수 초기화와 달리, 함수 객체는 소스 코드의 평가 과정에서 생성되어 식별자에 할당된다. 따라서 함수 선언문 이전에 호출이 가능하다. 이처럼 함수 선언문이 코드의 선두로 끌어 올려진 것처럼 동작하는 자바스크립트 고유의 특성을 함수 호이스팅이라 한다. 

 

함수 표현식으로 정의한 함수는 변수 선언문과 변수 할당문을 한 번에 기술한 축약 표현과 동일하게 동작한다. 따라서 변수 선언은 소스코드의 평가 단계에서 실행되어 undefined로 초기화되지만 변수 할당문은 소스코드의 실행 단계에서 할당문이 실행되는 시점에 함수 객체로 평가되어 함수 객체를 생성한다. 함수 표현식으로 함수를 정의하면 함수 호이스팅이 아니라 변수 호이스팅이 발생한다. 따라서 함수 표현식 이전에 함수를 참조하면 undefined를 호출하는 것이 되어 타입 에러가 발생한다. 즉 함수 표현식 이후에 참조 또는 호출할 수 있다.

함수 호이스팅은 함수를 호출하기 전에 반드시 함수를 선언해야 한다는 당연한 규칙을 무시한다. 이 때문에 더글라스 크락포드는 함수 선언문 대신 함수 표현식을 사용할 것을 권장한다.

Function 생성자 함수

Function 생성자 함수로 함수를 생성하면 클로저를 생성하지 않는 등 함수 선언문이나 함수 표현식으로 생성한 함수와 다르게 동작한다. 일반적이지 않은 함수 생성 방식으로 권장되지 않는다.

화살표 함수

화살표 함수는 ES6에서 도입된 함수 형식으로 function 키워드 대신 화살표 =>를 사용해 간략한 방법으로 선언할 수있다. 화살표 함수는 선언 방식만 간략한 것이 아니라 형식도 간소화 되었다. 함수는 생성자 함수, 메서드, 콜백 함수 등의 다양한 사용 방법을 가지지만 이 모든 함수는 하나의 형식으로 표현되었다. 즉 함수 형식에는 구별점이 존재하지 않고 동일하게 동작했다. 이에 따라 생성자 함수로 사용되지 않을 함수(콜백 함수, 헬퍼 함수 등)를 위한 형태인 화살표 함수가 도입되었다. 화살표 함수는 생성자 함수로 사용될 수 없으며 내부에 this를 갖지 않고 외부 함수의 this를 참조하는 렉시컬 this를 가진다. (this가 이렇게 동작하는 이유는 this는 자기 참조 변수로서 생성자 함수, 메서드 에서만 유의미하기 때문이다) 또한 prototype 프로퍼티가 없으며 arguments 객체를 생성하지 않는다. 

 

함수 호출

함수는 함수 식별자와 소괄호인 함수 호출 연산자로 호출한다. 함수 호출 연산자 내에는 0개 이상의 인수를 쉼표로 구분해서 나열한다. 함수를 호출하면 현재의 실행 흐름을 중단하고 호출된 함수로 실행 흐름을 옮긴다. 이때 매개변수에 인수가 순서대로 할당되고 함수 몸체의 문들이 실행되기 시작한다.

매개변수와 인수

함수를 실행하기 위해 필요한 값을 함수 외부에서 함수 내부로 전달할 필요가 있는 경우, 매개변수를 통해 인수를 전달한다. 인수는 값으로 평가될 수 있는 표현식이어야 한다. 인수는 함수를 호출할 때 지정하며, 개수와 타입에 제한이 없다. 매개변수는 함수를 정의할 때 선언하며, 함수 몸체 내부에서 변수와 동일하게 취급된다. 즉, 함수가 호출되면 함수 몸체 내에서 암묵적으로 매개변수가 생성되고 일반 변수와 마찬가지로 undefined로 초기화된 이후 인수가 순서대로 할당된다. 매개변수는 함수 몸체 내부에서만 참조할 수 있고 함수 몸체 외부에서는 참조할 수 없다. 매개변수의 스코프는 함수 내부이기 때문이다. 

함수는 매개변수의 개수와 인수의 개수가 일치하는지 체크하지 않는다. 인수가 부족해서 인수가 할당하지 않은 매개변수의 값은 undefined다. 매개변수보다 인수가 더 많은 경우 초과된 인수는 무시되고 arguments 객체의 프로퍼티로 보관된다.

인수 확인

자바스크립트는 매개변수의 타입을 미리 지정할 수 없고 동적으로 결정된다. 또한 매개변수와 인수의 개수를 확인하지 않는다. 따라서 매개변수에 적절한 인수가 전달되었는지 확인할 필요가 있다. 이 때 인수가 전달되지 않은 경우 단축 평가를 사용해 매개변수에 기본값을 할당하는 방법도 있다. 

function add(a,b,c){
  a = a||0
  b = b||0
  c = c||0
  return a + b + b // 사전에 타입을 확인하지 않으면 연산시 에러가 발생할 수 있음
}

ES6에서 도입된 매개변수 기본값을 사용하면 인수 체크 및 초기화를 함수 몸체 내부에서 하지 않고 매개변수 정의 시에 지정할 수 있다. 매개변수 기본값은 매개변수에 인수를 전달하지 않았을 경우와 undefined를 전달한 경우에만 유효하다.

function add(a = 0, b = 0, c = 0){
  return a + b + c
}

매개변수의 최대 개수

함수의 매개변수는 코드를 이해하는 데 방해되는 요소이므로 적을수록 좋다. 매개변수의 개수가 많다는 것은 함수가 여러 가지 일을 한다는 증거이므로 바람직하지 않다. 이상적인 함수는 한가지 일만 해야 하며 가급적 작게 만들어야 한다. 여러 개의 매개 변수가 필요한 경우 하나의 매개변수를 선언하고 객체를 인수로 전달하는 것이 유리하다. 매개변수를 객체로 정의하면 프로퍼티 키를 통해 매개변수를 순서 상관 없이 명확하게 정의할 수 있기 때문이다. 하지만 주의할 점은 함수 외부에서 함수 내부로 전달한 객체를 함수 내부에서 변경하면 함수 외부의 객체가 변경되는 부수 효과가 발생한다. 이러한 현상은 객체가 변경할 수 있는 값이며, 참조에 의한 전달 방식으로 동작하기 때문에 발생하는 부작용이다.

반환문

함수는 return 키워드와 표현식으로 이뤄진 반환문을 사용해 실행 결과를 함수 외부로 반환할 수 있다. 함수 호출은 표현식이다. 함수 호출 표현식은 반환한 표현식의 평가 결과, 즉 반환값으로 평가된다. 

반환문은 두 가지 역할을 한다. 첫째, 반환문은 함수의 실행을 중단하고 함수 몸체를 빠져나간다. 따라서 반환문 이후에 존재하는 문은 실행되지 않는다. 둘째, 반환문은 return 키워드 뒤에 오는 표현식을 평가해 반환한다. return 키워드 뒤에 반환값으로 사용할 표현식을 생략하면 undefined가 반환된다. 반환문은 생략이 가능하다. 반환문은 함수 몸체 내부에서만 사용할 수 있다. 함수 몸체 외부에서 반환문을 사용하면 문법 에러가 발생한다.

참조에 의한 전달과 외부 상태의 변경

원시 값은 값에 의한 전달, 객체는 참조에 의한 전달 방식으로 동작한다. 매개변수도 함수 몸체 내부에서 변수와 동일하게 취급되므로 타입에 따라 값에 의한 전달, 참조에 의한 전달 방식을 그대로 따른다. 

 

원시 타입 인수는 값 자체가 복사되어 매개변수에 전달되기 때문에 함수 몸체에서 그 값을 변경해도 원본은 훼손되지 않는다. 즉 원본을 변경하는 부수효과가 발생하지 않는다.

객체 타입 인수는 참조 값이 복사되어 매개변수에 전달되기 때문에 함수 몸체에서 참조 값을 통해 객체를 변경할 경우 원본이 훼손된다. 즉 함수 외부에서 함수 몸체 내부로 전달한 참조 값에 의해 원본 객체가 변경되는 부수 효과가 발생한다.

 

이처럼 함수가 외부 상태를 변경하면 상태 변화를 추적하기 어려워진다. 이러한 문제의 해결 방법 중 하나는 객체를 불변 객체로 만들어 사용하는 것이다. 객체의 복사본을 새롭게 생성하는 비용은 들지만 객체를 마치 원시 값처럼 변경 불가능한 값으로 동작하게 만드는 것이다. 이를 통해 객체의 상태 변경을 원천 봉쇄하고 객체의 상태 변경이 필요한 경우에는 객체의 방어적 복사를 통해 원본 객체를 완전히 복제, 즉 깊은 복사를 통해 새로운 객체를 생성하고 재할당을 통해 교체한다. 이를 통해 외부 상태가 변경되는 부수 효과를 없앨 수 잇다.

외부 생태를 변경하지 않고 외부 상태에 의존하지도 않는 함수를 순수 함수라 한다. 순수 함수를 통해 부수 효과를 최대한 억제하여 오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이려는 프로그래밍 패러다임을 함수형 프로그래밍이라 한다. 

 

다양한 함수의 형태

즉시 실행 함수

함수 정의와 동시에 즉시 호출되는 함수를 즉시 실행 함수라고 한다. 즉시 실행 함수는 단 한번만 호출되며 다시 호출할 수 없다. 그룹 연산자 내의 함수는 기명 함수라 할지라도 값으로 평가되어 외부에서 참조할 수 있는 식별자가 생성되지 않기 때문에 접근할 수 없기 때문이다. 즉시 실행 함수는 반드시 그룹 연산자로 감싸야 한다. 그룹 연산자로 묶은 이유는 함수 호출에 앞서 먼저 함수 리터럴을 평가해서 함수 객체를 생성하기 위해서다. 즉시 실행 함수도 일반 함수처럼 값을 반환할 수 있고 인수를 전달할 수도 있다. 즉시 실행 함수 내에 코드를 모아 두면 불필요한 전역 변수의 사용을 억제할 수 있다.

재귀 함수

함수가 자기 자신을 호출하는 것을 재귀 호출이라 한다. 재귀 함수는 자기 자신을 호출하는 재귀 호출을 수행하는 함수를 말한다. 재귀 함수는 반복되는 처리를 위해 사용한다. 즉, 반복문을 대체할 수 있다. 재귀 함수는 자신을 무한 재귀 호출한다. 따라서 재귀 함수 내에는 재귀 호출을 멈출 수 있는 탈출 조건을 반드시 만들어야 한다. 탈출 조건이 없으면 함수가 무한 호출되어 스택 오버플로 에러가 발생한다. 대부분의 재귀 함수는 마찬가지로 for 문이나 while문으로 구현 가능하다. 재귀 함수는 반복문을 사용하는 것보다 재귀 함수를 사용하는 편이 더 직관적일 때만 사용하는 것이 좋다.

중첩 함수

함수 내부에 정의된 함수를 중첩 함수 또는 내부 함수라 한다. 그리고 중첩 함수를 포함하는 함수는 외부 함수라 부른다. 중첩 함수는 외부 함수 내부에서만 호출할 수 있다. 일반적으로 중첩 함수는 자신을 포함하는 외부 함수를 돕는 헬퍼 함수의 역할을 한다. 중첩 함수는 스코프와 클로저에 깊은 관련이 있다.

콜백 함수

콜백 함수는 함수의 합성과 관련이 있다. 함수의 합성이란 함수가 값으로 취급되는 특성을 이용하여 함수를 외부에서 함수 내부로 전달하는 것을 말한다. 내부에서 수행되는 처리와, 경우에 따라 변경되는 로직을 분리하고 싶을 때 콜백함수를 사용하면 함수를 합성할 수 있다. 콜백 함수란 함수의 매개변수를 통해 다른 함수의 내부로 전달되는 함수를 말한다. 이때 매개변수를 통해 함수의 외부에서 콜백 함수를 전달받은 함수를 고차 함수라고 한다. 고차 함수는 매개변수로 함수를 전달받거나 함수를 반환하는 함수를 말한다. 고차 함수는 콜백 함수를 자신의 일부분으로 합성한다. 고차 함수는 매개변수를 통해 전달받은 콜백 함수의 호출 시점을 결정해서 호출한다. 다시 말해 콜백 함수는 고차 함수에 의해 호출되며 이때 고차 함수는 필요에 따라 콜백 함수에 인수를 전달할 수 있다. 

 

이때 콜백 함수로서 함수 리터럴을 전달하면 고차 함수가 호출될 때마다 평가되어 함수 객체를 생성한다. 따라서 콜백 함수를 전달받는 함수가 자주 호출되거나, 콜백 함수를 다른 곳에서도 호출할 필요가 있다면 함수 외부에서 콜백 함수를 정의한 후 함수 참조를 고차 함수에 전달하는 편이 효율적이다.

콜백 함수는 함수형 프로그래밍 패러다임뿐만 아니라 비동기 처리(이벤트 처리, Ajax, 타이머 함수 등)에 활용되는 중요한 패턴이다.

콜백 함수는 고차 함수에서도 사용되는데 자바스크립트는 유용한 배열 고차 함수를 다수 제공하고 있다. 

순수 함수와 비순수 함수

함수형 프로그래밍에서는 어떤 외부 상태에 의존하지도 않고 변경하지도 않는, 즉 부수 효과가 없는 함수를 순수 함수라 하고, 외부 상태에 의존하거나 외부 상태를 변경하는, 즉 부수효과가 있는 함수를 비순수 함수라고 한다. 

 

순수 함수는 동일한 인수가 전달되면 언제나 동일한 값을 반환하는 함수다. 즉 어떤 외부 상태에도 의존하지 않고 오직 매개변수를 통해 함수 내부로 전달된 인수에게만 의존해 값을 생성해 반환한다. 외부 상태에는 전역 변수, 서버 데이터, 파일, Console, DOM등이 있다. 만약 외부 상태에 의존하지 않더라도 내부 상태가 호출될 때마다 변화하는 값이라면 순수 함수가 아니다.

 

순수 함수는 일반적으로 최소 하나 이상의 인수를 전달받는다. 인수를 전달받지 않는 순수 함수는 언제나 같은 값을 반환하므로 결국 상수와 마찬가지로, 함수로서의 의미가 없다. 또한 순수 함수는 인수를 변경하지 않는 것이 기본이다. 순수 함수는 인수의 불변성을 유지한다. 

반대로 비순수 함수는 외부 상태에 따라 반환값이 달라지는 함수, 즉 외부 상태에 의존하는 함수 또는 외부 상태를 변경하는 부수효과를 발생시키는 함수를 말한다. 

 

함수형 프로그래밍은 순수 함수와 보조 함수의 조합을 통해 외부 상태를 변경하는 부수 효과를 최소화해서 불변성을 지향하는 프로그래밍 패러다임이다. 로직 내에 존재하는 조건문과 반복문을 제거해서 복잡성을 해결하며, 변수 사용을 억제하거나 생명 주기를 최소화해서 상태 변경을 피해 오류를 최소화하는 것을 목표로 한다. 자바스크립트는 멀티 패러다임 언어이므로 함수형 프로그래밍을 적극적으로 활용하고 있다.