C++에서 지원하는 다양한 함수형 프로그래밍 기법을 통해 최신 앱의 요구 사항을 쉽게 해결하고, 복잡한 프로그램 논리를 단순하게 표현할 수 있으며, 우아한 오류 처리와 효율적인 병행성을 이룰 수 있다. 또한 함수형 프로그래밍 기법을 사용해 C++ 프로그램을 고급화하는 방법을 익힐 수 있으며 프로그래밍에 대한 새로운 사고 방식을 배운다.

이 책은 C++ 프로그래밍 언어를 가르치기 위한 것이 아니며, 함수형 프로그래밍과 이를 C++에 적용하는 방식을 다룬다. 함수형 프로그래밍은 C++에서 흔히 사용되는 절차적, 객체지향 방식에 비해 소프트웨어 설계와 다른 방식의 프로그래밍에 대한 다른 사고방식을 제공한다.
일반적으로 C++가 객체지향 언어로 오인되기 때문에 이 책의 제목을 본 다수의 사람들은 이상하게 여길 수도 있다. C++는 객체지향 패러다임을 잘 지원하고, 그 이상이 가능하다. 또한 C++는 절차적 패러다임을 지원하며, 일반적 프로그래밍에 대한 C++의 지원은 여타 모든 언어를 보잘것없게 만든다. 그리고 대부분(전부는 아닐지라도)의 함수형 관용구를 꽤 잘 지원한다. 새로운 각 버전의 언어에는 C++에서 함수형 프로그래밍을 좀 더 용이하게 할 수 있는 도구가 추가됐다.

이 책은 주로 전문적인 C++ 개발자를 대상으로 한다. 독자가 빌드 시스템을 설정하고 외부 라이브러리를 설치, 사용한 경험이 있다고 가정한다. 더불어 표준 템플릿 라이브러리, 템플릿, 템플릿 인수 추론, 뮤텍스 같은 동시성 프리미티브(primitives)에 대한 기본적 이해가 있어야 한다.
하지만 숙련된 C++ 개발자가 아니더라도 이 책을 이해할 수 있을 것이다. 각 장의 끝에 아직 익숙하지 않을 수 있는 C++ 기능을 설명하는 기사를 링크해뒀다.

각 장은 앞 장에서 숙지한 개념을 기본으로 하기 때문에 순차적으로 읽어야 한다. 개념의 난도는 후속 장에서 계속 높아지므로 후반 내용을 읽고 이해가 되지 않는다면 계속 진행하기보다 다시 읽는 편이 낫다. 단, 8장은 예외로, 지속성 자료 구조체 구현에 관한 방법에 관심이 없다면 읽지 않아도 된다.

이 책은 두 부분으로 나뉜다. 첫 부분은 함수형 프로그래밍 관용구와 이들 관용구가 C++에 적용되는 방법을 다룬다.
1장, ‘함수형 프로그래밍 소개’에서는 FP에 관한 간단한 소개와 FP가 C++에 미치는 이점을 설명한다.
2장, ‘함수형 프로그래밍 시작’에서는 다른 함수를 인수로 받거나 새로운 함수를 반환하는 함수인 고차원 함수(higher-order functions)를 설명한다. C++ 프로그래밍 언어의 표준 라이브러리에 있는 좀 더 유용한 몇 가지 고차원 함수를 사용해 고차원 함수의 개념을 보여준다. 3장, ‘함수 객체’에서는 C++가 함수 또는 함수 유사한 것(일반적인 C함수에서 함수 객체와 람다에 이르기까지)으로 간주하는 여타 모든 것을 다룬다.
4장, ‘새로운 함수 만들기’에서는 이전 함수로부터 새로운 함수를 생성하는 상이한 방법을 설명한다. 또한 std::bind와 람다를 사용하는 부분 함수 응용을 알아보고, 커링(currying)으로 불리는 함수를 살펴보는 다른 방식을 설명한다.
5장, ‘순수성: 가변 상태 회피’에서는 불변 데이터(immutable data, 절대로 변하지 않는 데이터)의 중요성을 다룬다. 또한 가변 상태를 가짐으로써 발생하는 문제와 변수 값을 변경하지 않고 프로그램을 구현하는 방법을 설명한다.
6장, ‘지연 평가’에서는 지연 평가(lazy evaluation)를 심도 있게 살펴본다. 또한 지연 평가가 문자열 연결과 같은 단순한 작업에서 동적 프로그래밍을 사용해 알고리즘 최적화하기에 이르기까지 최적화를 위해 사용할 수 있는 방법을 보여준다.
7장, ‘범위’에서는 가용성과 성능을 향상시키기 위해 표준 라이브러리 알고리즘에 채택한 범위를 설명한다.
8장, ‘함수형 자료 구조’에서는 수정될 때마다 이전 버전의 값을 보존하는 데이터 구조체인 불변 데이터 구조체를 설명한다.

이 책의 두 번째 부분은 주로 함수형 소프트웨어 설계와 관련된 고급 개념을 다룬다.
9장, ‘대수적 데이터 유형과 패턴 일치’에서는 sum 유형을 사용해 프로그램에서 유효하지 않은 상태를 제거하는 방법을 보여준다. 또한 상속과 std::variant를 사용해 sum 유형을 구현하는 방법을 살펴보고 오버로드(overloaded) 함수 객체를 생성해 sum 유형을 처리하는 방법을 설명한다.
10장, ‘모나드’에서는 일반적인 유형을 좀 더 쉽게 처리할 수 있고 벡터와 옵션(optional), 퓨처(futures) 같은 일반적인 유형에서 동작하는 함수를 작성할 수 있게 해주는 추상화 개념인 함수자(functors)와 모나드(monads)를 설명한다.
11장, ‘템플릿 메타프로그래밍’에서는 C++ 프로그래밍 언어로 FP에 유용한 템플릿 메타프로그래밍 기법을 설명한다. 또한 정적 내성 기법(static introspection techniques)과 호출 가능한 객체를 언급하고, 도메인 한정적인 언어를 생성하기 위해 C++에서 템플릿 메타프로그래밍을 사용하는 방법을 다룬다.
12장, ‘병행성 시스템을 위한 함수적 설계’에서는 이 책에서 배운 모든 것을 통합해 병행성 소프트웨어 시스템 설계에 기능적 접근법을 예를 들어 보여준다. 또한 반응형 소프트웨어 시스템 구축에 연속 모나드(continuation monad)를 사용하는 방법을 설명한다.
13장, ‘테스트와 디버깅’에서는 프로그램 테스트와 디버깅에 관한 기능적 접근 방법을 제시한다.

이 책을 보는 동안 제시된 모든 개념을 구현하고 동반된 코드 예제를 검토하기 바란다. 이 책에서 다룬 대부분의 기법은 C++ 이전 버전에서 사용할 수 있지만 이렇게 하려면 불필요한 코드를 작성해야 한다. 그래서 주로 C++14와 C++17에 집중했다.
예제는 독자 여러분이 작동하는 C++17 호환 컴파일러를 갖고 있다고 가정한다. GCC나 Clang 중의 하나를 사용할 수도 있다. 이들의 최신 배포 버전은 우리가 사용하고자 하는 C++17의 모든 기능을 지원한다. 모든 예제는 GCC 7.2와 Clang 5.0에서 테스트가 이뤄졌다.

프로그래밍은 무(無)에서부터 유(有)를 창조할 수 있는 몇 안 되는 분야 중의 하나다. 독자 여러분은 자신이 원하는 방식대로 동작하도록 구축할 수 있다. 컴퓨터만 있으면 된다.
나의 학창 시절 프로그래밍 수업의 대부분은 명령형 프로그래밍(imperative programming) 위주였는데 먼저 C 언어를 통한 절차적 프로그래밍(procedural programming)을 익힌 다음 C++ 및 자바(Java) 언어를 통한 객체지향 프로그래밍(OOP, object-oriented programming)에 집중했다. 대학 시절에도 상황은 크게 변하지 않았고 여전히 객체지향 프로그래밍이 주류를 이뤘다.
그 당시에 모든 언어는 개념적으로 동일하다는 오류에 빠졌다. 언어는 단지 문맥만 상이할 뿐이고 하나의 언어를 통해 반복문과 분기문 같은 기본적 사항을 숙지하면 사소한 수정만으로도 여타 모든 언어로 프로그램을 작성할 수 있다는 생각을 했었다.
대학 시절 수강 과목 중의 하나로 리스프(LISP)를 배웠을 때 함수형 프로그래밍(FP, Functional Programming) 언어를 처음 접했다. 처음에는 본능적으로 if-then-else문과 for 루프를 효과적으로 모방하기 위해 리스프를 사용했다. 리스프에 적응하도록 나의 관점을 변경하기보다는, C로 작성한 것과 동일한 방식으로 프로그램을 작성할 수 있도록 리스프를 잘못된 방식으로 사용하기로 결정한 것이다. 그때는 함수형 프로그래밍에서 그 어떤 것도 깨닫지 못했다. 즉, 리스프를 통해 할 수 있는 것은 C로 훨씬 더 쉽게 할 수 있었다.
내가 FP를 다시 들여다본 것은 한참 후의 일이다. 일부 프로젝트를 진행하면서 사용해야 하는 특정한 언어의 느린 진화에 대한 실망감 때문이었다. for-each 루프가 언어에 추가되면 커다란 장점인 것처럼 선전한다. 즉, 새로운 컴파일러만 다운로드하면 되고 개발이 훨씬 더 쉬워질 것이라고 말이다.
for-each 루프와 같은 새로운 언어 구조를 가지려면 새로운 버전의 언어와 새로운 버전의 컴파일러를 기다려야 한다는 생각이 들었다. 하지만 리스프에서는 간단한 함수로 for 루프를 구현할 수 있다. 컴파일러를 업그레이드할 필요가 없다.
컴파일러의 변경이 없이도 언어를 확장할 수 있는 능력, 이 사실이 나를 FP로 이끌었다. 나는 여전히 객체지향적 사고방식을 갖지만, FP 스타일의 구문을 사용해 객체지향 코드 작성 업무를 단순화하는 방법을 익혔다.
하스켈(Haskell)과 스칼라(Scala), 얼랭(Erlang) 같은 함수형 프로그래밍 언어를 연구하는 데 많은 시간을 투자했다. 객체지향 개발자에게 골칫거리인 문제가 이를 바라보는 새로운 방식(함수적 방식)을 통해 쉽게 처리될 수 있다는 사실에 놀랐다.
내 작업 대부분은 C++ 위주로 이뤄지기 때문에 함수형 프로그래밍 관용구를 사용하기 위한 방법을 모색해야 했다. 세상은 비슷한 생각을 가진 사람들로 가득 차 있었고, 나만이 유일한 사람은 아니었다.
다양한 C++ 콘퍼런스에서 비슷한 생각의 소유자를 만나는 행운도 있었다. 이는 함수형 관용구를 C++에 적용하는 데 있어서 생각을 교환하고 새로운 사실을 익히고 그 경험을 공유하는 절호의 기회였다.
이런 만남의 대부분은 누군가 C++에서 함수형 프로그래밍에 대한 책을 집필한다면 멋진 일이 될 것이라는 통상적인 결론으로 이어졌다. 우리 모두는 자신의 프로젝트에 시도해 볼 아이디어의 원천을 찾는 중이었지만, 문제는 이에 관해 집필하고자 하는 이가 없었다는 점이다.
이 책의 집필을 위해 매닝(Manning) 출판사가 접촉해 왔을 때 처음에는 좌절감이 들었고, 차라리 책을 집필하기보다는 다른 책이 나오면 읽을 것이 낫겠다고 생각했다. 하지만 모든 사람이 이런 식으로 생각한다면 C++의 함수형 프로그래밍에 관한 책은 결코 얻을 수 없다는 것을 깨닫고, 나는 그 제안을 수락하고 여정을 떠났다. 그리고 독자 여러분은 바로 그 결과물을 읽고 있는 것이다.

이반 추키츠(Ivan Čukić)

베오그라드 수학 학부에서 최신 C++ 기법과 함수형 프로그래밍을 가르치고 있다. 1998년부터 C++를 사용했다. PhD 학위 이전부터 C++의 함수형 프로그래밍을 연구했다. 전 세계 수억 명이 사용하는 실제 프로젝트에서 FP 기법을 사용한다. 최대 무료/무상(free/libre) 공개 소스 C++ 프로젝트인 KDE의 핵심 개발자 중 한 명이다.

사람들은 누구나 자신에게 이미 익숙해져 있는 방식으로 문제에 접근하고 해결하려 한다. 프로그램 분야에서도 예외는 아닐 것이다. 이 책의 독자 여러분은 먼저 스스로에게 자문을 해봐야 한다. 나는 어떤 방식으로 문제에 접근하고 그 문제를 해결하기 위해 어떤 기법과 방식을 사용해 왔는지를 말이다.
함수형 프로그래밍 기법으로 작성된 프로그램은 결과를 얻기 위해 수행해야 하는 명령을 지정하기 보다는 결과가 무엇인지를 정의하는 점에서 결과를 계산하기 위해 수행해야 하는 각 단계를 익히 알고 있는 절차적 프로그래밍 기법과는 확연히 다르다. 또한 함수형 프로그래밍 기법은 함수에 대한 추상화를 만든다는 점에서 데이터를 추상화할 수 있는 객체지향 프로그램 기법과 다르다.
이 책은 이미 C++를 숙지한 독자를 대상으로 하며, 함수형 프로그래밍이 무엇인지를 파악하고 이것이 C++에 적용되는 방식을 다룬다. 함수형 프로그래밍은 C++에서 흔히 사용되는 절차적, 객체지향 방식에 비해 소프트웨어 설계와 다른 방식의 프로그래밍에 대한 다른 사고방식을 제공한다.
이 책을 모두 읽었다면 독자 여러분은 C++에서 지원하는 다양한 함수형 프로그래밍 기법을 통해 최신 앱의 요구 사항을 쉽게 해결하고 복잡한 프로그램 논리를 단순하게 표현할 수 있으며, 우아한 오류 처리와 효율적인 병행성을 다룰 수 있을 것이다. 또한 함수형 프로그래밍 기법을 사용해 C++ 프로그램을 고급화하는 방법을 익힐 수 있을 것이다.

김점갑

삼성전자에서 GNU 컴파일러를 기반으로 ARM CORE 컴파일러 포팅/개발 프로젝트를 수행했다. 이후 보안 분야와 디바이스 드라이버에 관심을 두고서 데브그루를 공동으로 창업해 다양한 장치/보안 드라이버를 개발했고, 다수의 드라이버 강의와 세미나, 교육을 진행했다. (주)안랩의 기반 기술 팀에서 보안 관련 시스템 프로그램 개발 업무를 수행했다. 주요 번역서로는『Windows Internals 7/e Vol.1』(에이콘, 2018), 『THE GARBAGE COLLECTION HANDBOOK』(에이콘, 2016), 『실전 윈도우 디버깅』(에이콘, 2008), 『WDF』(에이콘, 2008), 『C++ 멀티스레딩 정복하기』(에이콘, 2018) 등이 있다. 지금은 제주에 살면서 여행과 사진에 흥미를 느끼고 있다.