[Haskell] #5 Type (2)

어제 저희는 Haskell에서의 Type이랑, 함수 Type 선언과, 제네릭 처럼 함수의  파라미터에 다양한 타입을 허용하는 타입 변수, 그리고 일반적인 Type들에 대해서 다뤘어요.

 

2020/01/19 - [공부/함수형 프로그래밍] - [Haskell] #4 Type (1)

 

오늘은 Type Class와 Haskell에서 많이 쓰는 Type Class를 정리해보려 합니다.

 

 

1. GHCi 에서 :t 로 타입 알아보기
2. 함수 Type을 선언하기
3. 타입 변수. (하스켈 계의 제네릭 사용법?)
4. 하스켈의 일반적인 타입들
5. Type Class
6. 하스켈에서 많이 쓰는 Type Class 들
7. 마무리

5. Type Class

 

타입 클래스는 어떤 동작을 정의하는 인터페이스입니다. 

 

객체 지향에서 말하는 Class와는 다릅니다.  (?? 아직은 잘 모르겠습니다.)

 

 

1. Type Class는 동작만 명시합니다. 속성이 없습니다.

 

2. 다중의 Type Class의 Instance가 되는 것이 가능합니다. 하나의 타입이 여러 개의 Type Class를 구현할 수 있습니다.

예를 들어, 숫자를 나타내는 타입 중 하나인 Integer는 == 연산도 되고, <= 연산도 됩니다. 이 둘은 각각 Eq, Ord 라는 Type Class를 갖고 있습니다. 따라서 Integer는 2개의 Type Class를 구현하는 Instance입니다.

 

3. Type Class는 다른 Type Class의 Instance가 되기 위한 선행 조건이 될 수 있습니다.

 

예를 들어,  비교를 위한 Type Class인 Ord의 <=를 구현하기 위해서는 ==(Eq)의 구현이 반드시 필요합니다. 따라서 Ord를 구현하기 위해서는 Eq를 반드시 구현해야 합니다.

 

(크게 다릅니다만 아직까지는 감이 잘 오지 않습니다. Java의 인터페이스 보다는, Swift와 ObjectiveC의 protocol 개념에 가깝습니다.)

 

어떤 함수가 어떤 Type Class를 따른다면, 그 함수는 Type Class에서 지정한 동작을 구현해야 합니다.

 

Type Class의 예로 ==의 Type Signature를 볼 수 있습니다.

 

:t (==)  // ==, /=와 같은 중위 함수를 전위 함수처럼 쓰거나 매개변수로 넘겨주려면  ()로 감싸주어야 합니다.

(==) :: Eq a => a -> a -> Bool

 

위 시그니처를 보면 == 연산자도 함수이고, 같은 타입 (타입 변수 a)를 2개를 받아, Bool을 반환합니다.

그런데 그 앞에 Eq a => 라는 새로운 문자가 있습니다.

 

=>

=>는 class Constraint를 표현하기 위한 연산자입니다. 이 연산자 앞에 오는 것들을 class Constraint라고, 하며, 어떤 함수에 들어가는 타입을 제한합니다. 

 

함수명 :: class Constraint => 함수 타입 선언

(==) :: Eq a => a -> a -> Bool

위의 ==의 경우, Eq 이라는 Type Class를 구현하고 있는 a 라는 Type을 2개 받아 Bool을 반환한다 라는 의미가 됩니다.

 

Type Class를 구현하고 있는 Type을 Type Class의 Instance라고 합니다.

 

==가 어디에서 사용이 가능한지를 생각해 보았을 때, 앞서 저희가 쓰던 3, 'c', "hi" 등등의 Type들도 Eq 타입 클래스의 Instance 임을 알 수 있습니다.

 

6. Haskell에서의 일반적인 Type Class

 

1. Eq

Eq는 타입이 서로 같은지를 검사합니다. (Equatable)

 

이 Type Class에 속하는 Type이 구현 해야하는 함수는 ==, /= 입니다.

 

만일 어떤 함수의 타입에 Eq 의 Class Constraint가 들어간다면, 그 함수는 내부적으로 ==, /=를 사용하고 있다는 의미 입니다.

5 == 5 //True
'c' /= 'b' //True
'c' /= 'c' //False

Eq 타입 클래스를 가지려면, ==, /=를 구현해야 한다고 정의가 되어 있습니다. 

 

Haskell의 레퍼런스에서도 5 의 타입인 Num이 Eq를 Class Constraint로 갖고 있음을 알 수 있습니다.

http://zvon.org/other/haskell/Outputprelude/Num_c.html

 

함수와 입출력 타입들을 제외한, 모든 하스켈 표준 타입이 Eq를 구현합니다.

 

 

 

2. Ord

• Ord는 서로 비교할 수 있는 연산 함수를 제공합니다. (Order)
• <, <=, >, >=, compare 가 있습니다
• <=, >= 에서 보다시피, Eq을 Class Constraints로 가집니다. Eq이 항등 비교를 하기 때문이죠.

:t (<)
(<) :: Ord a => a -> a -> Bool

http://zvon.org/other/haskell/Outputprelude/index.html

http://zvon.org/other/haskell/Outputprelude/index.html

위에서 타입 확인이 가능합니다.

 

compare 

compare는 인자로 같은 타입 2개를 받아 Ordering (GT 내림차순, LT 오름차순, EQ 같음)를 반환합니다.

 

compare 1 3
=> LT //오름차순
compare 3 1
=> GT //내림차순
compare 2 2
=> EQ //같음
compare 2 (-2) //음수는 꼭 ()로 감싸주셔야 합니다
=> GT

//중위 연산자처럼 사용하기 위해 ``(backqoute)로 감싸 사용 할 수 있습니다.
3 `compare` 4
=> LT

 

비교 연산자를 사용가능한 모든 Type이 이 Ord를 Class Constraints로 갖습니다. 

 

3. show 

show 타입 클래스를 구현하는 Instance들은 문자열처럼 표시 될 수 있습니다. 

show 함수를 사용해, 이 타입을 구현하는지 확인할 수 있습니다.

show 3
=> "3"

show 'c'
=> "'c'"

show "hello"
=> "\"hello\""

http://zvon.org/other/haskell/Outputprelude/index.html

 

함수 타입 제외, 일반적인 타입들은 모두 show를 구현하고 있습니다.

 

4. read 

• read타입은 show의 반대입니다.
• 문자열을 읽어들여, Read 인스턴스로 변환해줍니다. 
• 4, 'c' 등등의 기본적인 클래스들은 모두 이 타입 클래스를 class constraint로 갖고 있습니다

 

read "5" // 문자열로 받기 때문에, 컴파일러는 이 값이 정말 문자열인지, 아니면 Int의 5인지를 알 수 없어 아래처럼 에러를 뱉습니다. 정보가 부족해서 타입 추론에 실패한 것이죠.
*** Exception: Prelude.read: no parse read

read "5" - 2  // 이처럼 다른 표현식이 들어가면 하스켈 컴파일러가 타입을 추정할 수 있어 오류를 내지 않습니다. 캐스팅이 필요 없는 것이 장점이네요.
=> 3 


[read "True", False, read"False"]
=> True, False, False


read "5" :: Int // :: (Type Annotation) 이렇게  단독으로 쓰일 때는  :: 연산자를 사용해 타입을 명시해주면 에러가 나지 않습니다.
=> 5

read "5" :: Float
=> 5.0
 

 

5. Enum

• 연속적으로 순서가 있는 타입입니다. 리스트에 들어갈 수 있는 항목들이 이 Type Class를 class constraint로 갖습니다.
• succ(다음), pred (이전) 함수가 여기에 속합니다.
• Int, Char, () (빈 튜플) 이 이 클래스에 속합니다.
• 이 Type Class는 Range를 사용할 수 있게 해 줍니다.

succ 'a'
=> 'b'

pred 'a'
=> '`'

pred 'b'
=> 'a'

['a' .. 'c'] 
=> a, b, c

[1 .. 3]
=> 1, 2, 3

 

6. Bounded

• 이 Type Class를 구현한 인스턴스들은 minBound와 maxBound를 갖습니다. 
• 예로  Int, Bool, Tuple(원소가 모두 Bounded를 구현할 경우) 등이 있습니다. 
• minBound, maxBound의 타입은 Bounded a => a입니다. 돌려주는 값은 상수인데요, 이 상수 a는 이 Bounded를 만족하는 어떤 타입도 될 수 있습니다. 이를 다형 상수라고 합니다. (Polymorphic constant)

 

:t minBound
=> minBound :: Bounded a => a


minBound :: Int
=> -9223372036854775808

minBound :: Float  //Float 타입은 이를 구현하지 않습니다.
<interactive>:5:1: error:
• No instance for (Bounded Float) arising from a use of ‘minBound’ •
In the expression: minBound :: Float In an equation for ‘it’: it = minBound :: Float

minBound :: Bool
=> False

 

7. Num 

• 숫자를 나타내는 클래스
• Show, Eq을 class constraints로 갖습니다. 
• 이를 구현하는 Instance 로는 Integral, Floating이 있습니다.

:t 3
3 :: Num p => p

//Num 타입 클래스의 인스턴스 무엇이든 될 수 있습니다. 이 또한 위와 같은 다형  상수 이기 때문이죠. Float도, Int도, Integer로도 될 수 있습니다.
// :: 으로 타입을 바꿔서 사용할 수 도 있습니다.

3 :: Integer
=> 3

3 :: Float
=> 3.0

3 :: Double
=> 3.0

 

다만, * , /,-,+ 등의 연산자를 사용할 때는 같은 타입이어야 하기 때문에, 일부러 아래와 같이 Num의 다른 인스턴스로 형변환 해서 계산하려고 하면 동작하지 않습니다.

 

:t (*)
(*) :: Num a => a -> a -> a

(5 :: Int ) * (10::Integer)  //같은 Num 일지라도 타입이 다르기 때문에 계산이 안됩니다.

=> <interactive>:27:16: error:

 

Integral

정수를 나타내는 Type Class 입니다. Int, Integer가 여기에 속합니다.

 

fromIntegral이라는 함수로, Integral을 Num으로 변환시킬 수 있습니다. 이렇게 해서, Float 등 다른  Num 내의 타입들과 계산을 가능하게 할 수 있습니다.

fromIntegral (4::Int) //여기서 4는 Int 이고, 다형 상수가 아닙니다.
=> 4 //여기서는 Num a 

//이 경우, Float과 덧셈이 되지 않습니다.


:t fromIntegral
fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b //Integral a를 받아, Num인 b를 돌려줍니다.

//fromIntegral을 사용하면 

 

Floating

부동소수점을 나타내는 Type Class입니다. Float, Double이 여기에 속합니다. 

 

7. 마무리

 

Type Class는 객체 지향에서의 클래스와는 달리, 그저 구현해야 하는 함수의 타입만을 지정합니다. 

 

1. 하나의 타입이 여러 Type Class의 Instance(구현체)가 될 수 있고 

2. 하나의 Type Class는 여러 타입을 동시에 Instance로 가질 수 있습니다.

3. 그리고 한 Type Class가 다른 Type Class를 가져가기 위한 전제 조건이 되기도 합니다.

 

대표적으로 Num 클래스는 Show 와 Eq를 동시에 구현하고 있고, 또 Eq 은 Num 뿐만이 아니라 Char도 Instance로  갖습니다. 

또한 Ord의 인스턴스가 되려면 그 전에 Eq의 인스턴스가 되어야 하죠. (전제 조건이라고 합니다)

 

이렇게 2장 Type 의 정리가 끝났습니다...

 

+ 후담...

 

으아아... 확실히 Type Class는 일반적인 객체 지향의 클래스가 아닙니다. 함수의 정의만 해두고, 그걸 각각의 타입이 가져가서 알아서 구현하도록 내버려둡니다. 그리고 TypeClass는 상속의 개념 보다는 전제 조건같은 수학이나 논리학에서의 '조건'에 가까운 것 같습니다.

 

아, 책에서 보는 건 조금 헷갈렸는데, 실제 API 문서에서 해당 클래스의  찾아서 보니 조금 더 이해가 잘 되었습니다. 

(아직 배운 적이 없는 문법들이 나오지만...)

 

이 다음은 드디어 재귀 등등을 이용해 반복문을 구현할 수 있는 3장입니다!! 이제 3장을 보면 HackerRank의 2번 문제를 풀 수 있어요... 감격... 어서 3장을 빨리 정리 할 수 있으면 좋겠네요. 다음 주에는 3장으로 뵙겠습니다. 그 떄 HackRank 문제도 한 번 풀어볼게요!

 

즐거운 밤 되시길 바랍니다 :)