Typescript - 반복기, 생성기


이 포스트는 함수형 프로그래밍의 일부인 선언형 프로그래밍과 함수형 프로그래밍을 가능하게 하는 순수 함수를 다루면서 배열과 튜플에 대해 알아본다.

소스는 assu10/typescript.git 에 있습니다.

  • 반복기 (iterator)
    • 반복기(iterator)와 반복기 제공자(iterable)
    • 반복기 (iterator) 가 필요한 이유
    • for...of 구문과 [Symbol.iterator] 메서드
    • Iterable 인터페이스와 Iterator 인터페이스
  • 생성기 (generator)
    • setInterval 함수와 생성기 비교
    • yield 키워드
    • 반복기 제공자의 메서드로 동작하는 생성기 구현
    • yield* 키워드
    • yield 반환값

1. 반복기 (iterator)

이번 포스팅에서는 tsconfig.jsondownlevelIteration 설정을 true 로 설정해야 한다.

downlevelIteration 의 자세한 내용은 Typescript 기본4.1. tsconfig.json 을 참고하세요.

tsconfig.json

{
  "compilerOptions": {
    "module": "commonjs",
    "esModuleInterop": true,
    "target": "ES2015",
    "moduleResolution": "node",
    "outDir": "dist",
    "baseUrl": ".",
    "sourceMap": true,
    "downlevelIteration": true,
    "strict": true,
    "noImplicitThis": false,
    "paths": { "*": ["node_modules/*"] }
  },
  "include": ["src/**/*"]
}

1.1. 반복기(iterator)와 반복기 제공자(iterable)

Typescript - 배열, 튜플1.3. for...in, for...of 에서 for...of 구문은 아래처럼 타입에 무관하에 배열에 담긴 값을 차례로 얻는데 활용된다고 하였다.

// for...of

const numArray: number[] = [1, 2, 3]
for (let value of numArray) {
    console.log(value)  //  1 2 3
}

const strArray: string[] = ['a', 'b', 'c']
for (let value of strArray) {
    console.log(value)  // a b c
}

for...of 구문은 반복기 (iterator) 라는 주제로 흔히 찾아볼 수 있는데 대부분 프로그래밍 언어에서 반복기 (iterator) 는 다음과 같은 특징이 있는 객체이다.

  • 반복기 (iterator)
    • next 메서드 제공
    • next 메서드는 valuedone 이라는 2개의 속성을 가진 객체를 반환

아래 코드에서 createRangeIterable 함수는 next 메서드가 있는 객체를 반환하므로 이 함수는 반복기 (iterator) 를 제공하는 역할을 한다.
이렇게 반복기 (iterator) 를 제공하는 역할을 하는 함수를 반복기 제공자 (iterable) 라고 한다.

createRangeIterable.ts

// 반복기와 반복기 제공자

export const createRangeIterable = (from: number, to: number) => {
  let currentValue = from
  return {
    next() {
      const value = currentValue < to ? currentValue++ : undefined
      const done = value == undefined
      return {value, done}
    }
  }
}

index.ts

// 반복기와 반복기 제공자

import { createRangeIterable } from "./createRangeIterable";

const iterator = createRangeIterable(1, 3+1)    // 반복기는 현재 동작하지 않음

while(true) {
  const {value, done} = iterator.next();  // 반복기 동작
  if (done) {
    break
  }
  console.log(value)  // 1 2 3
}

위처럼 반복기는 반복기 제공자를 호출해야만 얻을 수 있다.

타입스크립트로 for...of 구문을 작성하면 TSC 컴파일러는 이처럼 반복기 제공자와 반복기를 사용하는 코드로 바꿔준다.


1.2. 반복기 (iterator) 가 필요한 이유

결론부터 말하면 반복기 사용 시 일반 반복문보다 메모리를 훨씬 적게 소모하기 때문이다.

바로 위의 코드를 보면 iterator.next() 메서드가 반복 호출될 때마다 반복기 제공자가 생성한 값 1, 2, 3 을 배열에 담아서 출력하는 것이 아니라 마치 for 문을 돌면서 값을 찍어내는 듯한 모습니다.

반복기 제공자는 이렇게 어떤 범위의 값을 한꺼번에 생성해서 배열에 담는 것이 아니라 값이 필요할 때만 생성한다.

아래는 Typescript - 배열, 튜플1.6. 전개 연산자를 사용하여 range 함수 구현 에서 보았던 전개 연산자를 이용한 range 함수이다.

// 재귀 함수 스타일로 동작하도록 구현
const range = (from: number, to: number): number[] => from < to ? [from, ...range(from+1, to)]: []

createRangeIterator 함수는 값이 필요한 시점에 생성하지만, range 함수는 값이 필요한 시점보다 이전에 미리 생성한다.
따라서 시스템 메모리의 효율성으로 보면 반복기를 사용하는 createRangeIterator 함수가 메모리를 훨씬 적게 소모한다.


1.3. for...of 구문과 [Symbol.iterator] 메서드

바로 위의 range 함수는 for...of 구문을 사용할 수 있지만 (=필요 값을 미리 생성해놓으므로) createRangeIterator 함수를 for...of 구문에 사용하면 [Symbol.iterator]() 메서드가 없다 는 오류가 발생한다.

// `for...of` 구문과 `[Symbol.iterator]` 메서드 - 오류

import { createRangeIterable } from "./createRangeIterable";

const iterator = createRangeIterable(1, 3+1)    // 반복기는 현재 동작하지 않음

for (let value of iterator) {   // TS2488: Type '{ next(): { value: number | undefined; done: boolean; }; }' must have a '[Symbol.iterator]()' method that returns an iterator.
    console.log(value)
}

이 오류는 createRangeIterator 함수를 아래 RangeIterable 처럼 [Symbol.iterable] 메서드를 구현하는 클래스로 만들어야 한다는 것을 의미한다.

RangeIterable.ts

// `for...of` 구문과 `[Symbol.iterator]` 메서드

export class RangeIterable {
    // 생성자 매개변수에 public 접근 제한자를 붙이면 해당 매개변수의 이름을 가진 속성이 클래스에 선언된 것처럼 동작
    constructor(public from: number, public to: number) { }
    [Symbol.iterator]() {
        const that = this
        let currentValue = that.from
        return {
            next() {
                const value = currentValue < that.to ? currentValue++ : undefined
                const done = value == undefined
                return {value, done}
            }
        }
    }
}

클래스의 메서드도 function 키워드가 생략되었을 뿐 사실상 function 키워드로 만들어지는 함수이다.
function 키워드로 만들어지는 함수는 내부에서 this 키워드를 사용할 수 있는데 컴파일러가 Symbol.iteratorthisnext 함수의 this 를 구분할 수 있도록 const that = this 와 같은 코드 트릭을 사용하였다.

index.ts

// `for...of` 구문과 `[Symbol.iterator]` 메서드 - 오류

import { RangeIterable } from "./RangeIterable";

const iterator = new RangeIterable(1, 3+1)

for (let value of iterator) {
    console.log(value)  // 1 2 3
}

1.4. Iterable 인터페이스와 Iterator 인터페이스

타입스크립트는 반복기 제공자에 Iterable<T> 인터페이스와 Iterator<T> 인터페이스를 제공한다.

  • Iterable<T> 인터페이스
    • 자신을 구현하는 클래스가 [Symbol.iterator] 메서드를 제공한다는 것을 명확하게 알려주는 역할
  • Iterator<T> 인터페이스
    • 반복기가 생성할 값의 타입을 명확하게 해주는 역할
class 구현 클래스 implements Iterable<생성할 값의 타입> { }
[Symbol.iterator](): Iterator<생성할 값의 타입> { }

StringIterable.ts

// Iterable<T> 와 Iterator<T> 인터페이스

export class StringIterable implements Iterable<string> {
    constructor(private strings: string[], private currentIndex: number = 0) { }
    [Symbol.iterator](): Iterator<string> {
        const that = this
        let currentIndex = that.currentIndex
        let length = that.strings.length

        const iterator: Iterator<string> = {
            next(): {value: any, done: boolean} {
                const value = currentIndex < length ? that.strings[currentIndex++] : undefined
                const done = value == undefined
                return {value, done}
            }
        }
        return iterator
    }
}

index.ts

// Iterable<T> 와 Iterator<T> 인터페이스

import { StringIterable } from "./StringIterable";

for (let value of new StringIterable(['hello', 'world', '!'])) {
    console.log(value)  // hello world !
}

지금까지 반복기 제공자와 이를 이용해 반복기를 얻어 사용하는 방법에 대해 알아보았는데 이제 반복기를 쉽게 만들어주는 생성기 (generator) 에 대해 알아보자.


2. 생성기 (generator)

ES2015+ (ES6+) 기본 의 1.10. 생성기 (generator) function* 에서 잠시 살펴본 적 있다.

ESNext 자바스크립트와 타입스크립트는 yield 라는 키워드를 제공한다.
yieldreturn 키워드처럼 값을 반환하고, 반드시 function* 키워드를 사용한 함수에서만 호출이 가능하다.

이렇게 function* 키워드로 만든 함수를 생성기 (generator) 라고 한다.

  • 생성기
    • function* 키워드로 선언된 함수
    • 오직 function* 키워드로 선언해야 하므로 화살표 함수로는 만들 수 없음
    • 반복기를 제공하는 반복기 제공자로서 동작
    • 몸통 안에 yield 문이 있음

generator.ts

// 생성기 (generator)

export function* generator() {
    console.log('generator start..')

    let value: number = 1
    while(value < 4) {      // yield 문을 3회 반복 호출
        yield value++
    }

    console.log('generator end..')
}

index.ts

// 생성기 (generator)

import { generator } from "./generator";

for (let value of generator()) {
    console.log(value)
/*    generator start..
    1
    2
    3
    generator end..*/
}

2.1. setInterval 함수와 생성기 비교

생성기가 동작하는 방식을 세미코루틴 (semi-coroutine, 반협동 루틴) 이라고 한다.

세미코루틴 (semi-coroutine, 반협동 루틴)
타입스크립트처럼 단일 스레드로 동작하는 프로그래밍 언어가 마치 다중 스레드로 동작하는 것처럼 보이게 하는 기능

setInterval 은 지정한 주기로 콜백 함수를 계속 호출한다.

const intervalID = setInterval(콜백 함수, 호출 주기)

clearInterval 함수를 사용하여 setInterval 함수를 멈출 수 있다.

clearInterval(intervalID)

아래는 setInterval 함수를 사용하여 1초 간격으로 1, 2, 3 을 출력하는 코드이다.

// `setInterval` 함수와 생성기 비교

const period: number = 1000
let count: number = 0

console.log('start..')

const id = setInterval(() => {
    if (count >= 3) {
        clearInterval(id)
        console.log('end..')
    } else {
        console.log(++count)
    }
}, period)

/*
start..
1
2
3
end..
*/

위 코드를 보면 start.. 를 출력하고 setInterval 을 동작시킨 부분이 메인 스레드, setInterval 의 콜백 함수는 작업 스레드를 떠올리게 한다.
생성기는 이처럼 일반적인 타입스크립트 코드와는 조금 다른 방식으로 동작한다.


2.2. yield 키워드

생성기 함수 안에는 yield 문을 사용할 수 있는데, 이 yield 는 연산자 형태로 동작한다.

  • yield 기능
    • 반복기를 자동으로 만들어 줌
    • 반복기 제공자의 역할도 수행
// `yield` 키워드

function* rangeGenerator(from: number, to: number) {
  let value: number = from
  while (value < to) {
    yield value++
  }
}

// while 패턴으로 동작하는 생성기
let iterator = rangeGenerator(1, 3+1)
while (1) {
  const {value, done} = iterator.next()
  if (done) {
    break
  }
  console.log(value)  // 1 2 3
}


// for...of 패턴으로 동작하는 생성기
for (let value of iterator) {
  console.log(value) // 위에서 3이 되었으므로 아무것도 출력안됨
}

2.3. 반복기 제공자의 메서드로 동작하는 생성기 구현

1.4. Iterable 인터페이스와 Iterator 인터페이스 에서 StringIterable 클래스로 반복기 제공자를 구현했었다. 생성기는 반복기 제공자로서 동작하므로 생성기를 사용하면 좀 더 간결히 구현할 수 있다.

기존 StringIterable 클래스

// Iterable<T> 와 Iterator<T> 인터페이스

export class StringIterable implements Iterable<string> {
    constructor(private strings: string[], private currentIndex: number = 0) { }
    [Symbol.iterator](): Iterator<string> {
        const that = this
        let currentIndex = that.currentIndex
        let length = that.strings.length

        const iterator: Iterator<string> = {
            next(): {value: any, done: boolean} {
                const value = currentIndex < length ? that.strings[currentIndex++] : undefined
                const done = value == undefined
                return {value, done}
            }
        }
        return iterator
    }
}

function* 생성자로 구현

// 반복기 제공자의 메서드로 동작하는 생성기 구현

class IterableUsingGenerator<T> implements Iterable<T> {
    constructor(private values: T[] = [], private currentIndex: number = 0) { }
    [Symbol.iterator] = function* () {
        while (this.currentIndex < this.values.length) {        // "noImplicitThis": false
            yield this.values[this.currentIndex++]
        }
    }
}

for (let item of new IterableUsingGenerator([1, 2, 3])) {
    console.log(item)   //  1 2 3
}

for (let item of new IterableUsingGenerator(['hello', 'world', '!'])) {
    console.log(item)   // hello world !
}

2.4. yield* 키워드

  • yield
    • 단순히 값을 대상으로 동작
  • yield*
    • 다른 생성기나 배열을 대상으로 동작
// yield*` 키워드

1 function* gen12() {
2     yield 1
3     yield 2
4 }

5 function* gen12345() {
6     yield* gen12()
7     yield* [3,4]
8     yield 5
9 }

10 for (let value of gen12345()) {
11     console.log(value)  // 1 2 3 4 5
12 }

위 코드는 아래와 같이 동작한다.

  • 10행에서 gen12345 함수를 호출하므로 6행이 호출됨
  • yield* 구문에 의해 1행의 gen12 함수가 호출되어 2행의 yield 문이 값 1을 생성
  • 이 상태로 코드 정지

  • 다시 for 문에 의해 다시 6행이 호출됨
  • 2행에서 정지가 풀리면서 3행에 의해 값 2 생성
  • 이 상태로 코드 정지

  • 이후 다시 6행이 호출되지만 더 실행할 yield 문이 없으므로 7행이 실행되어 값 3 생성
  • 이 상태로 코드 정지

  • 다시 for 문에 의해 7행이 실행되면 값 4 생성하고 다시 코드 정지

  • 값 5가 생성되면 for 문이 종료되어 프로그램 종료

2.5. yield 반환값

yield 연산자는 값을 반환한다.

// `yield` 반환값

function* gen() {
    let count: number = 5
    let select: number = 0  // 처음엔 항상 0 이 출력
    while (count--) {
        select = yield `you select ${select}`   // yield 연산자의 반환값을 select 에 저장
    }
}

const random = (max: number, min: number = 0) => Math.round(Math.random() * (max-min)) + min

const iter = gen()
while (true) {
    const {value, done} = iter.next(random(10, 1))  // yield 연산자의 반환값은 반복기의 next 메서드 호출 시 매개변수에 전달하는 값
    if (done) {
        break
    }
    console.log(value)
}
/*
you select 0
you select 4
you select 8
you select 10
you select 7
*/

본 포스트는 전예홍 저자의 Do it! 타입스크립트 프로그래밍을 기반으로 스터디하며 정리한 내용들입니다.

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