프로그래밍 패러다임

프로그래밍 패러다임은 프로그래머에게 프로그래밍의 관점을 갖게 해 주고, 결정하는 역할을 한다. 예를 들어 객체지향 프로그래밍은 프로그래머들이 프로그램을 상호작용하는 객체들의 집합으로 볼 수 있게 하는 반면에, 함수형 프로그래밍은 상태값을 지니지 않는 함수값들의 연속으로 생각할 수 있게 해준다.

프로그래머가 어떤 언어를 사용하는 것과는 상관없이 프로그래밍 패러다임에 대해 알아두는 것은 새로운 관점의 세계관을 가진다는 것을 뜻한다. XP 켄트벡의 프로그래머들은 일년에 하나의 새로운 언어를 배워두는걸 권장하는 것은 아마도 이 때문이 아닌가 싶다. 예를 들어 객체지향 프로그래밍은 프로그래머들이 프로그램을 상호작용하는 객체들의 집합으로 볼 수 있게 하는 반면에, 함수형 프로그래밍은 상태값을 지니지 않는 함수값들의 연속으로 생각할 수 있게 해준다.

프로그래밍 패러다임과 프로그래밍 언어와의 관계는 프로그래밍 언어가 여러 프로그래밍 패러다임을 지원하기도 하기 때문에 복잡할 수도 있다. 어떤 언어들은 하나의 특정한 패러다임을 지원하기도 하는데, 스몰토크와 자바가 객체지향 프로그래밍을 지원하는 반면에, 헤스켈과 스킴은 함수형 프로그래밍을 지원한다.

여러가지 패러다임을 지원하는 언어들도 있는데, C++, 자바 스크립트, 커먼 리스프, 파이썬, 오즈가 이런 언어들이다. 예를 들어서 C++는 절차적 프로그래밍, 객체기반 프로그래밍, 객체지향 프로그래밍, 제네릭 프로그래밍의 요소들을 지원하도록 설계되었다. C++에서는 순수하게 절차적 프로그램을 작성할 수 있고, 순수하게 객체지향 프로그램을 작성할 수 있으며, 두 가지 패러다임 모두의 요소를 포함한 프로그램을 작성할 수도 있다. 자바 스크립트는 구조적 프로그래밍이고, 함수형 프로그래밍이고, 프로토타입 기빈 프로그래밍이며, 객체기반 프로그램밍 언어이지만 절차적 프로그래밍 방식도 사용한다.


구조적 프로그래밍과 비구조적 프로그래밍

구조적 프로그래밍(영어: structured programming)은 구조화 프로그래밍으로도 불리며 프로그래밍 패러다임의 일종인 절차적 프로그래밍의 하위 개념으로 볼 수 있다. GOTO문을 없애거나 GOTO문에 대한 의존성을 줄여주는 것으로 가장 유명하다.역사적으로 구조적 프로그램을 작성하기 위하여 몇가지 다른 구조화 기법과 방법론이 개발되어 왔다. 

데이크스트라의 구조적 프로그래밍은 프로그램의 논리 구조는 제한된 몇 가지 방법만을 이용하여 비슷한 서브 프로그램들로 구성된다. 프로그램에 있는 각각의 구조와 그 사이의 관계를 이해하면 프로그램 전체를 이해해야 하는 수고를 덜 수 있어, SoC에 유리하다. (데이크스트라의 관점에서 파생된 관점 : 하위 프로그램의 시작점은 한 군데이지만 끝점은 여러 개일 수 있다. )

저수준의 관점에서 구조적 프로그램은 간단하고, 계층적인 프로그램 제어 구조로 구성된다. 이 제어 구조들은 하나의 구문으로 간주되며, 동시에 더 간단한 구문들을 결합시키는 방법이다. 더 간단한 구문들은 또 다른 제어 구조일 수도 있고, 할당문이나 프로시저 호출과 같은 기본 구문일 수도 있다.(에츠허르 데이크스트라가 확인한 3가지 형태의 구조는 순차, 선택, 반복이다.)

설계에 있어서 구조적 프로그래밍이 항상 그런 것은 아니지만 하향식 설계와 관련이 있다. 하향식 설계를 할 때, 설계자는 큰 규모의 프로그램을 더 작은 공정으로 나누어 구현하고, 각각 검사한 다음에 전체 프로그램으로 합친다.

모든 절차적 프로그래밍 언어에서 구조적 프로그래밍을 할 수 있다. 1970년쯤부터 구조적 프로그래밍이 인기있는 기법이 되었기 때문에, 대부분의 새로 나온 절차적 프로그래밍 언어들이 구조적 프로그래밍을 고취시키기 위한 특징을 추가하였고 구조화되지 않은 프로그래밍을 쉽게 하기 위한 특징들은 남겨둔 것들도 있었다. 잘 알려진 구조적 프로그래밍 언어에는 파스칼(Pascal)과 에이다(Ada)가 있다.


비구조적 프로그래밍은 하나의 연속된 덩어리에 모든 코드를 넣는 프로그래밍 패러다임이다. 대비되는 개념으로는 구조적 프로그래밍이 있는데, 이는 프로그램의 작업이 (함수나 서브루틴으로 알려진) 더 작은 부분으로 나누어 필요할 때마다 호출하는 것이다. 비구조적 프로그래밍 언어는 코드의 특정부분으로 건너뛰는 GOTO문과 같은 흐름 제어문에 의존할 수 밖에 없다.

구조화되지 않은 원시 코드는 읽고 디버그하기가 매우 어렵고, 구조적인 작성을 지원하는 프로그래밍 언어에서는 추천하지 않는다. 그러나 프로그램 구조는 항상 조건문과 GOTO문을 조합하여 구현할 수 있기 때문에 구조가 모든 언어에서 필요한 것은 아니다. MS-DOS의 배치 파일과 같은 많은 스크립트 언어나 베이직이나 포트란 같이 오래된 언어에서는 여전히 사용되기도 한다. GOTO문을 쓰는 것에 수행 속도상의 이점은 없다. (실제로, 컴파일러가 최적화 할 수 있는 것들을 혼란시켜 오히려 불이익이 될 수도 있다.)

어셈블리어는 대체로 비구조적 언어인데, 기본이 되는 기계어 코드가 구조적이지 않기 때문이다. 어셈블리 언어에 있는 유일한 구조는 함수의 시작과 끝 같이 컴파일 도구에서 쓰는 것들이다.



명령행 프로그래밍과 선언형 프로그래밍

전산학에서 명령형 프로그래밍(Imperative programming)은 선언형 프로그래밍과 반대되는 개념으로, 프로그래밍의 상태와 상태를 변경시키는 구문의 관점에서 연산을 설명하는 프로그래밍 패러다임의 일종이다. 자연 언어에서의 명령법이 어떤 동작을 할 것인지를 명령으로 표현하듯이, 명령형 프로그램은 컴퓨터가 수행할 명령들을 순서대로 써 놓은 것이다.

명령형 프로그래밍 언어는 함수형 프로그래밍이나 논리형 프로그래밍언어와 같은 다른 형태의 언어와 다르다. 헤스켈 같은 함수형 프로그래밍 언어는 구문들을 순서대로 써 놓은 것이 아니며, 명령형 프로그래밍 언어와는 다르게 전역적인 상태가 없다. 프롤로그와 같은 논리 프로그래밍 언어는 "어떻게" 계산을 할지 보다는 "무엇"이 계산될 것인지를 정의한다는 생각으로 작성된다.

거의 대부분의 컴퓨터 하드웨어는 명령형으로 구현된다. 거의 모든 컴퓨터 하드웨어들이 컴퓨터의 고유 언어인 기계어를 실행하도록 설계되어 있는데, 이것이 명령형으로 씌어 있다. 낮은 수준의 관점에서 프로그램의 상태는 메모리의 내용으로 정의되고, 구문들은 기계어의 명령어로 정의된다. 높은 수준의 언어 구현은 변수와 더 복잡한 구문을 사용하지만, 여전히 같은 패러다임을 따른다. 요리법이나, 공정 점검표같은 것들은 컴퓨터 프로그램은 아니지만, 명령형 프로그래밍과 비슷한 형태의 이해하기 쉬운 개념이다. 각각의 단계의 지시 사항들이 있고, 상태라는 것은 현실 세계에 반영된다. 명령형 프로그래밍의 기본 생각이 개념적으로 친밀하고, 직접적으로 구체화되어 있어서, 대부분의 프로그래밍 언어들은 명령형이다.

보통 할당문은 메모리에 있는 정보에 연산을 수행하고, 결과값을 나중에 사용하기 위해 메모리에 저장한다. 추가로, 고급 명령형 언어는 산술 연산, 함수연산, 결과 값을 메모리에 할당하는 연산을 결합한 복잡한 수식을 계산한다. 반복문은 이런 연속된 구문을 여러번 실행하게 한다. 반복문은 미리 정의된 횟수만큼 반복하기도 하고, 어떤 조건이 바뀔때까지 반복하기도 한다. 조건 분기문은 구문의 덩어리를 어떤 조건이 만족하는 경우에만 실행하게 할 수 있다. 그렇지 않으면, 그 구문의 덩어리를 실행하지 않고 그 다음부터 실행한다. 비조건 분기문은 실행 순서를 프로그램의 다른 부분으로 옮기는 것이다. 여러 언어에서 제공하는 GOTO문, 서브프로그램, 프로시저, 호출문들이 비조건 분기문이다.

명령형 프로그래밍의 전형적인 예는 포트란과 알골이다. 파스칼, C, 에이다는 또 다른 예이다.


선언형 프로그래밍은 두 가지 구분되는 뜻이 있는데 두 가지 뜻 모두 통용되고 있다.

한 정의에 따르면, 프로그램이 어떤 방법으로 해야 하는지를 나타내기보다 무엇과 같은지를 설명하는 경우에 "선언형"이라고 한다. 예를 들어, 웹 페이지는 선언형인데 웹페이지는 제목, 글꼴, 본문, 그림과 같이 "무엇"이 나타나야하는지를 묘사하는 것이지 "어떤 방법으로" 컴퓨터 화면에 페이지를 나타내야 하는지를 묘사하는 것이 아니기 때문이다. 이것은 전통적인 포트란과 C, 자바와 같은 명령형 프로그래밍 언어와는 다른 접근방식인데, 명령형 프로그래밍 언어는 프로그래머가 실행될 알고리즘을 명시해주어야 하는 것이다. 간단히 말하여, 명령형 프로그램은 알고리즘을 명시하고 목표는 명시하지 않는데 반해 선언형 프로그램은 목표를 명시하고 알고리즘을 명시하지 않는 것이다.

또 다른 정의에 따르면, 프로그램이 함수형 프로그래밍 언어, 논리형 프로그래밍 언어, 혹은 제한형 프로그래밍 언어로 쓰여진 경우에 "선언형"이라고 한다. 여기서 "선언형 언어"라는 것은 명령형 언어와 대비되는 이런 프로그래밍 언어들을 통칭하는 것이다.

이 두가지 정의는 서로 겹치는 부분도 있다. 특히, 제한형 프로그래밍과 논리형 프로그래밍은 필요한 해의 특성을 설명하고(무엇) 그 해를 찾는데 사용하는 실제 알고리즘은 설명하지 않는다(어떤 방법). 그러나 대부분의 논리형과 제한형 언어들은 알고리즘을 설명할 수 있고, 상세한 부분을 구현할 수 있어서 첫 번째 정의를 따르는 엄밀한 의미의 선언형 프로그래밍 언어는 아니다.

마찬가지로, 명령형 프로그래밍 언어로 선언형으로 프로그램을 작성할 수도 있다. 라이브러리나 프레임워크 내부의 비선언형 부분을 캡슐화하여 이렇게 할 수 있다. 이런 형태의 예가 제이유닛 유닛 테스트 프레임워크에 반영되어 쓰이고 있는데, 이것은 정의만 되어 있으면 프레임워크로 등록하여 유닛을 테스트하는 것을 가능하게 한다.

선언형 프로그래밍은 특수 분야 언어(영어: Domain-specific language, DSL)의 형태로 자주 사용된다. 특수 분야 언어의 한 가지 결점은 튜링 완전성이 없다는 것이다. 그 말은 할 수 없는 일이 있다는 것이다. 스프레드시트에서는 전자메일을 보낼 수 없고 전자메일을 이용하여 은행 계좌를 계산할 수 없다는 것이다. 이러한 이유로 특수 분야 언어들은 때로 범용 언어에 내장된다. 이렇게 하면 프로그래머가 특수 분야 언어가 힘을 발휘하는 분야에서 이것을 이용할 수 있고, 특수 분야 언어로 하기 어렵거나 불가능한 문제는 범용 언어를 이용할 수 있다.

여기서 소개한 Validation Framework는 바로 이 선언형 프로그래밍 패러다임을 사용한것이다. 이 밖에도 잘 알려진 선언형 프로그래밍을 포함한 프레임워크 루비 온 레일와 jUnit등의 Unit 시리즈가 있다.



메시지 전달 프로그래밍과 명령행 프로그래밍

명령행 프로그래밍은 위에...

메시지 전달 프로그래밍은 주로 분산환경에서 독자적인 메모리 공간을 가지는 각각의 프로세스가 하나의 문제를 해결하기 위하여 프로세서들은 정보(메시지)들을 교환하는 방식을 말한다. 메시지 전달의 간단한 형태는 Point to Point 통신이다. 이는 한 프로세서가 다른 프로세서로 메시지를 보내는 것인데, 보내는 방식에 따라 동기와 비동기로 나눌 수 있다. 동기 방식은 메시지의 완료를 다른 프로세서에 보내주는 것이며, 비동기 방식은 단지 언제 메시지를 보냈는지만 알 수 있다. 

개념적으로 본다면 DB 프로세스는 프로그래밍 프로세스와 독립된 메모리 공간을 가지는 분산환경이며 프로그래밍 언어와 데이타베이스는 각각이 독립적인 서비스 이기 때문에 둘 중 어느 누구도 상대방에 의존하지 않는 중립적인 메시지를 교환하는게 맞다고 생각했기 때문에 이 블로그에서 소개하는 DB Framework는 이 메시지 전달 프로그래밍 패러다임을 사용한 것이다. 



절차적 프로그래밍과 함수형 프로그래밍

절차적 프로그래밍(procedural programming)은 절차지향 프로그래밍 혹은 절차지향적 프로그래밍이라고도 불리는 프로그래밍 패러다임의 일종으로서, 때때로 명령형 프로그래밍과 동의어로 쓰이기도 하지만, 프로시저 호출의 개념을 바탕으로 하고 있는 프로그래밍 패러다임을 의미하기도 한다. 프로시저는 루틴, 하위프로그램, 서브루틴, 메서드, 함수(수학적 함수와는 다르고 함수형 프로그래밍에 있는 함수와는 비슷한 의미이다.)라고도 하는데, 간단히 말하여 수행되어야 할 연속적인 계산 과정을 포함하고 있다. 프로그램의 아무 위치에서나 프로시저를 호출될 수 있는데, 다른 프로시저에서도 호출 가능하고 심지어는 자기 자신에서도 호출 가능하다.

절차적 프로그래밍 언어들은 절차적 프로그래밍 접근 방식을 따름으로써 프로그래머의 작업을 수월하게 한다. 알골과 같은 언어가 절차적 프로그래밍 언어의 표준적인 예이다. 그 밖에 포트란, PL/I, 모듈라-2, 에이다 등이 있다.

함수형 프로그래밍은 프로그래밍 패러다임의 하나로, 계산을 수학적 함수의 조합으로 생각하는 방식을 말한다. 이것은 일반적인 프로그래밍 언어에서 함수가 특정 동작을 수행하는 역할을 담당하는 것과는 반대되는 개념으로, 함수를 수행해도 함수 외부의 값이 변경될 수 없다.

알론조 처치가 1930년대에 개발한 람다 대수는 함수에 대한 이론적 기반을 세웠다. 이것은 프로그래밍 언어가 아니라 수학적 추상화였지만, 이것은 함수형 프로그래밍의 근간을 이루었다. 처음으로 만들어진 함수형 프로그래밍 언어는 IPL이었다. 존 매카티가 만든 리스프는 훨씬 향상된 함수형 프로그래밍 언어였고, 이것은 현대적 함수형 프로그래밍의 여러 특징을 가지고 있었다. 리스프를 발전시키고 간단하게 만든 언어로 스킴이라는 것도 나왔고1980년대에는 그동안의 함수형 프로그래밍에 대한 연구를 바탕으로 헤스켈이 만들어졌다.