7. 드나듦(I/O) - 입력과 출력

• 프로그래밍 언어를 새로 배울 때 제일 처음 등장하는 코드. 바로 Hello world!.

• '드나듦'을 사용하면 화면에 출력하거나 키보드에서 입력을 받을 수 있다. ⇒ Hello world를 짜려면 드나듦 사용법을 알아야 한다!

부작용 - 내부 세계 vs 외부 세계

• 부작용(side effect): 함수를 호출했을 때 무언가의 상태가 변하는 것.

• C를 비롯한 명령형(imperative) 언어는 상태를 변화시켜서 문제를 푼다. ⇒ 문제를 푸는 과정 속에 언제나 의도하지 않은 부작용이 생길 수 있다.

• '평범한 한글'에는 개념적으로 두 가지 세계가 존재한다.
• 내부 세계: 순수하게 함수로 이루어진다. (pure function)
• 상태 변화가 없다. ⇒ 부작용이 없다.
• 외부 세계: 드나듦과 계획으로 이루어진다. (IO, action...)
• 상태 변화가 있다. ⇒ 부작용이 있다.

• 평범한 한글은 부작용이 있는 외부 세계를 내부 세계와 철저히 격리하여 상태 변화를 통제한다.

• 입력과 출력은 상태를 변화시켜야 하는 작업이다. ⇒ 입력과 출력에는 상태 변화가 일어난다. (즉, 부작용이 있다.) ⇒ 드나듦은 상태 변화를 다루는 '평범한 한글'의 방법이다.

내부 세계 탐험

• 다음 코드로부터 이야기를 시작하자.

ㄹ ㅂ ㄷ ㅎㄷ
ㄹ ㅂ ㄷ ㅎㄷ
ㄹ ㅂ ㄷ ㅎㄷ
ㄹ ㅂ ㄷ ㅎㄷ
ㄹ ㅂ ㄷ ㅎㄷ

• ㄷ 함수는 똑같은 인수를 넣어 호출하면 언제나 똑같은 값을 내놓는다. ⇒ 평범한 한글의 모든 함수는 똑같은 인수를 받으면 똑같은 값을 내놓는다. ⇒ 함수는 내부 세계에서 상태를 변화시킬 수 없다. ⇒ 내부 세게에서는 부작용이 없다!

• 3과 5를 더한다고 해서 '3'이나 '5'가 변하는 것이 아니고 계산 결과로써 8을 내놓는 것이다.

• 다른 명령형 언어에서도 변수를 쓰지 않으면 부작용 없는 함수를 만들 수 있다.

다른 언어 탐험 - 부작용 체험하기

• Python에서 다음과 같은 코드를 만들었다.

name = input()

• 화면에 커서가 깜빡이고 키보드로 무언가를 입력해주기를 기다린다.

• 사용자가 Andrea 라고 입력한 다음 Enter 키를 누르면 name 변수에 'Andrea'가 대입된다.

• 위의 코드는 name 변수의 상태를 바꾸었다. ⇒ 부작용이 일어났다!

• 입력과 출력은 언제나 상태 변화가 따라오므로 부작용이 생길 수 밖에 없다.

• 다음과 같은 Python 함수를 만들었다.

def inc(x):
    inc.counter = inc.counter + 1
    return inc.counter

inc.counter = 0

• 이제 이 함수를 실행하면 다음과 같은 결과를 볼 수 있다.

inc(2)
inc(2)
inc(2)
inc(2)
inc(2)

• inc() 함수를 실행할 때마다 함수가 내놓는 값이 달라진다. ⇒ 2를 인수로 넘겼음에도 다른 결과를 내놓는다.

• 더구나 inc() 함수는 inc.counter 변수의 상태까지 바꾼다. 부작용이 생겼다.

• 물론 다른 언어의 코드가 모두 부작용을 일으키지는 않는다.

3 + 5
3 + 5
3 + 5
3 + 5
3 + 5

• 위와 같이 변수를 사용하지 않으면 상태 변화도 없고 부작용도 생기지 않는다.

• 다른 언어에서는 값을 다루는 방법이 비슷한데도 부작용이 생길 여지가 있다.

외부 세계 탐험 - 키보드 입력 받기

• '평범한 한글'은 부작용이 일어나는 모든 상황을 드나듦(I/O) 객체가 맡아서 처리한다.

• ㄹ: 표준 입력. 키보드에서 Enter 키를 입력할 때까지 모든 글자를 입력받아 문자열로 만들고, 이어서 이 문자열을 감싸는 드나듦을 만들어 내놓는다. ('읽다'의 ㄹ 로 기억하자.)

• 다음과 같이 ㄹ 함수를 호출할 수 있다.

ㄹ ㅎㄱ

• 키보드에서 평범한 한글이라고 입력하고 Enter 를 누르면 실행 결과가 표시된다.

• 평범한 한글은 결과를 표시할 때 ' '로 둘러싸서 문자열을 출력한다. → 위의 결과는 '평범한 한글' 이라는 여섯 글자로 이루어진 문자열이다. 그런데...

• 그냥 '평범한 한글'이 아니라 IO('평범한 한글')처럼 표시되었다.

• 한 번 더 ㄹ ㅎㄱ 함수를 호출한 다음 3을 입력하고 Enter 키를 눌러보자.

ㄹ ㅎㄱ

• 이번에는 IO('3') 이 결과로 표시되었다.

• 평범한 한글은 결과를 표시할 때 드나듦 객체를 IO( ...) 처럼 표시한다. () 안에는 드나듦이 품은 값을 표시한다.

• ㄹ ㅎㄱ 처럼 똑같은 모양으로 함수를 호출했는데도 키보드의 입력에 따라서 어떨 때는 IO('평범한 한글')을 내놓고, 또 다른 때는 IO('3') 을 내놓는다.

• ㄹ 함수는 키보드의 입력에 따라서 드나듦의 상태를 변화시킨다. ⇒ 부작용이 생긴다. ⇒ 부작용이 생기는 것은 외부 세계의 특징이다.

문자열 다루기 - 길이 얻기, 변환하기

• 문자열을 다루는 세 가지 함수를 알아보자.

• ㅁㅈ: 실수를 문자열로 변환한다. 인수 없이 호출하면 빈 문자열('')을 내놓는다. ('문자'로 외우자.)

ㄷㄴㄱ ㅁㅈ ㅎㄴ

• ㅈㄷ: 문자열을 세어서 길이를 내놓는다. (길이를 '재다'로 외우자.)

ㄷㄴㄱ ㅁㅈ ㅎㄴ ㅈㄷ ㅎㄴ

• ㅅㅅ: 문자열을 실수로 변환한다. 두 개의 인수를 받는데, 첫 번째 인수는 변환할 문자열, 두 번째 인수는 사용할 진법을 실수로 넘겨 준다. 두 번째 인수를 생략하면 10진법으로 변환한다.

ㄷㄴㄱ ㅁㅈ ㅎㄴ ㅅㅅ ㅎㄴ
ㄷㄴㄱ ㅁㅈ ㅎㄴ ㄷ ㅅㅅ ㅎㄷ

• 첫 번째 줄은 ㄷㄴㄱ를 문자열로 바꾼 다음 다시 실수로 바꾸는 코드.

• 두 번째 줄은 ㄷㄴㄱ를 문자열로 바꾼 다음 2진법을 사용하여 실수로 바꾸는 코드. '10'은 2진수로 2.

드나듦 = 객체 + 계획

• 오~~래 기다리셨습니다! 😄 드디어 드나듦의 세계로!!! 💦

• ㄹ 함수는 키보드 입력을 받아 이를 문자열로 만들고 드나듦으로 감싼 다음 내놓는다.

• 그래서 ㄹ 함수가 내놓은 객체를 그대로 사용하면 큰일이 난다. 다음처럼...

ㄹ ㅎㄱ ㅈㄷ ㅎㄴ

• 아예 입력창이 뜨지도 않고 에러를 출력한다. 메시지를 살펴보면 ㅈㄷ 함수는 문자열이나 목록(list)을 인수로 받을 수 있는데 뭔가 다른 값이 전달되었다는 뜻.

• ㄹ 함수는 드나듦 객체를 내놓는다. ⇒ 드나듦은 함수로 바로 전달할 수 없다. 왜? 외부 세계의 물건이니까.

• 드나듦이란? 그 속에 "객체"와 그 객체로 무엇을 할 것인지에 대한 "계획"을 품고 있는 것.
💬
" 너는 다 계획이 있구나!"

ㄹ ㅎㄱ

• ㄹ 함수를 호출하면
1. "키보드에서 무언가를 입력 받는다."는 계획(또는 행동, action)을 품은 드나듦이 만들어진다.
2. 방금 만들어진 계획이 실행되면서 키보드에서 입력을 받는다.
3. 방금 입력받은 것을 드나듦으로 감싸서 내놓는다.

• 우리가 하고 싶은 일을 정리하자.
1. 키보드에서 값을 입력 받는다.
2. 입력 받은 값의 길이를 구한다.
3. 위에서 구한 길이를 드나듦으로 감싸서 내놓는다.

• 1.은 ㄹ ㅎㄱ 을 호출하면 실행할 수 있다.

• 2. 와 3. 을 할 수 있는 계획을 짜면 된다.
• 어떻게? ⇒ 👉👉👉👉👉 함수를 이용해서!!! 👈👈👈👈👈

• 만약 1. 에서 입력 받은 문자열을 인수로 받을 수 있다면 다음과 같이 함수를 만들면 된다.

ㄱㅇㄱ ㅈㄷㅎㄴ [드나듦으로 감싸는 함수] ㅎㄴ ㅎ

• ㄱㅇㄱ 는 함수가 전달 받은 인수이므로 ㅈㄷㅎㄴ 로 길이를 구할 수 있다. 여기까지가 2. 이다.

• 2. 에서 구한 것을 드나듦으로 감싸는 함수를 호출하면 3. 을 달성할 수 있다.

• ㄱㅅ: 감싸기. 인수 하나를 받아서 드나듦으로 감싼 다음 내놓는다.

ㄷㄴㄱ ㄱㅅ ㅎㄴ 
ㄷㄴㄱ ㅁㅈ ㅎㄴ ㄱㅅ ㅎㄴ

• 이제 우리가 세우려고 했던 계획을 완성하자.

ㄱㅇㄱ ㅈㄷㅎㄴ ㄱㅅㅎㄴ ㅎ

• 이제 ㄹ ㅎㄱ 함수가 내놓은 드나듦에 우리의 계획을 묶어주기면 하면 된다.

• ㄱㄹ: 묶기(bind). 하나 이상의 드나듦과 계획으로 쓰일 함수 하나를 묶어서 새로운 드나듦을 내놓는다. ('~기로 하다.'로 기억하자. 보기: 밥을 먹기로 하다, 공부를 하기로 하다, 놀기로 하다.)

ㄹ ㅎㄱ
ㄱㅇㄱ ㅈㄷㅎㄴ ㄱㅅㅎㄴ ㅎ
ㄱㄹㅎㄷ

• 🙌 우왓! 드디어 성공이다! 키보드에서 입력 받은 문자열의 길이를 구할 수 있다! 🎊🎉

• 첫 번째 줄 ㄹ ㅎㄱ 은 키보드에서 입력을 받아 그 값을 드나듦으로 감싸 내놓는다.

• 두 번째 줄 ㄱㅇㄱ ㅈㄷㅎㄴ ㄱㅅㅎㄴ ㅎ 은 입력 받은 값(ㄱㅇㄱ)의 길이를 구하고(ㅈㄷㅎㄴ), 이를 드나듦으로 감싸서 내놓는(ㄱㅅㅎㄴ) 함수(ㅎ)이다.

• 세 번째 줄 ㄱㄹㅎㄷ 는 첫 번째 줄에서 구한 드나듦 객체와 두 번째 줄에서 만든 계획을 서로 묶어서(ㄱㄹㅎㄷ) 새로운 드나듦 객체를 만들고 이것을 실행시킨다.

들어가고 나가고 - 입출력 연습하기

• 입력을 받을 때는 ㄹ 을 썼다면 출력할 때는 ㅈㄹ 함수를 쓴다.

• ㅈㄹ: 표준 출력. 문자열 하나를 받아 출력하고 빈값(Nil)을 드나듦으로 감싸서 내놓는다. ('출력'으로 외우자.) 'ㅈㄹ'은 여러분이 익히 추측할 수 있는 그런 욕이 절대로 아닙니다! 😳😱🥶🤣

• 이제 이것들을 가지고 이것 저것을 입출력해보자.

1. 키보드로 받은 것을 그대로 출력하기

• 키보드로 입력 받은 값을 그대로 출력하려면 어떻게 해야 할까?

• 무엇을 해야 할지 정리해보자.
1. 키보드에서 문자를 입력받는다.
2. 입력 받은 문자를 출력하는 계획을 세운다. (함수를 만든다)
3. 앞서 세운 계획을 1. 에서 내놓은 드나듦에 묶는다.

ㄹ ㅎㄱ
ㄱㅇㄱ ㅈㄹㅎㄴ ㅎ
ㄱㄹㅎㄷ

• 두 번째 줄에서 드나듦 객체로 감싸는 ㄱㅅㅎㄴ 는 필요 없다. 왜냐하면 ㅈㄹ 함수는 언제나 빈 값을 품고 있는 드나듦(IO(Nil))을 내놓기 때문이다.

2. 키보드에서 입력 받은 숫자에 1을 더해서 출력하기

• ㄹ 함수로 입력 받은 것은 문자열이므로 바로 더하기를 할 수 없다.

• ㅅㅅ 함수를 이용해서 입력받은 문자열을 실수로 바꾼 다음 덧셈을 할 수 있다.

• 할 일 정리:
1. 키보드에서 값을 입력 받는다.
2. 입력 받은 값에 대한 계획을 세운다.
1. 입력 받은 값을 실수로 변환한다.
2. 이 값에 1을 더한다.
3. 더한 값을 문자열로 변환한다.
4. 위에서 변환한 값을 화면에 출력한다.
3. 드나듦에 계획을 묶는다.
 

ㄹㅎㄱ 
1. ㄱㅇㄱ ㅅㅅㅎㄴ
2. ㄴ ㄷㅎㄷ 
3. ㅁㅈㅎㄴ 
4. ㅈㄹㅎㄴ ㅎ
ㄱㄹㅎㄷ

• '평범한 한글'은 한글이 아닌 모든 것을 무시하기 때문에 위와 같이 코드를 써도 실행되기는 한다.

• 그렇지만 코드를 공부하는 목적이 아니라면 다음처럼 깔끔하게 쓰는 것을 권한다.

ㄹㅎㄱ 
ㄱㅇㄱ ㅅㅅㅎㄴ ㄴ ㄷㅎㄷ ㅁㅈㅎㄴ ㅈㄹㅎㄴ ㅎ
ㄱㄹㅎㄷ

• 다음 처럼 한 줄에 적는 방법도 있다.

(ㄹㅎㄱ) (ㄱㅇㄱ ㅅㅅㅎㄴ ㄴ ㄷㅎㄷ ㅁㅈㅎㄴ ㅈㄹㅎㄴ ㅎ) ㄱㄹㅎㄷ

• 위와 같이 괄호를 이용하면 ㄱㄹㅎㄷ 가 어떤 인수를 받는지 명확하게 구분할 수 있다.

3. 키보드에서 숫자를 두 번 입력 받아서 곱한 것을 출력하기

• 키보드에서 입력을 받아서 이를 실수로 바꾸는 작업을 잊지 않도록!

ㄹㅎㄱ ㄹㅎㄱ
ㄱㅇㄱ ㅅㅅㅎㄴ ㄴㅇㄱ ㅅㅅㅎㄴ ㄱㅎㄷ ㅁㅈㅎㄴ ㅈㄹㅎㄴ ㅎ
ㄱㄹㅎㄹ 

• 키보드로 입력을 두 번 받으면 당연히 드나듦 객체로 두 개가 된다.

• 계획에서 첫 번째 드나듦은 ㄱㅇㄱ에 전달되고 두 번째 드나듦은 ㄴㅇㄱ에 전달된다.

• 각각을 실수로 변환한 다음(ㅅㅅㅎㄴ) 곱하고(ㄱㅎㄷ), 문자열로 변환하여(ㅁㅈㅎㄴ) 화면에 출력(ㅈㄹㅎㄴ) 하는 계획(ㅎ)이 두 번째 줄이다.

• 드나듦 두 개와 계획 하나, 모두 세 계를 묶어야 하므로 ㄱㄹ 함수에 는 세 개의 인수를 전달해야(ㅎㄹ) 한다.

4. 'Hello world!'를 출력하기

(ㅂ ㅂ ㅂㅎㄷ) ㄱㄴㅂㄷㅅㄱㄹㄹㅁㅂㅂㅈㅅㄱㄹㄴㄱㅁㅁㄹㅈㅅㄹㄹㄷㅅㄴㅅㅅㄱㄴㄹㄴㅁㄱ (ㄴ ㅂㄴㄱ ㄱㅇㄱㅎㄷ)ㅎㄴ (ㄱ ㄴ ㄱㅇㄱㅎㄷ)ㅎㄴ ㅎㅎㄴ ㄱㅅㅎㄴ  
ㄱㅇㄱ ㅈㄹㅎㄴ ㅎ 
ㄱㄹㅎㄷ

• (ㅂ ㅂ ㅂㅎㄷ) ㄱㄴㅂㄷㅅㄱㄹㄹㅁㅂㅂㅈㅅㄱㄹㄴㄱㅁㅁㄹㅈㅅㄹㄹㄷㅅㄴㅅㅅㄱㄴㄹㄴㅁㄱ (ㄴ ㅂㄴㄱ ㄱㅇㄱㅎㄷ)ㅎㄴ (ㄱ ㄴ ㄱㅇㄱㅎㄷ)ㅎㄴ ㅎㅎㄴ 는 Hello, world! 를 내놓는 코드이다.

• 위의 코드로 만들어진 Hello, world! 문자열을 드나듦으로 감싼다(ㄱㅅㅎㄷ).

• 위의 드나듦(ㄱㅇㄱ)을 출력하는(ㅈㄹㅎㄴ) 계획(ㅎ)을 세운다.

• 드나듦과 계획을 묶어서(ㄱㄹㅎㄷ) 실행한다. 드디어 '평범한 한글'로 Hello, world! 를 출력했다!

• 드나듦은 순수 함수로 이루어진 내부 세계와 부작용이 있는 외부 세계를 이어주는 고마운 통로이다. 처음엔 낯설지만 자주 접해보면 익숙해질 수 있을 것이다. (사실 '평범한 한글'의 모든 게 다 그랬다.)

main = do
  putStrLn "What's your name?"
  name <- getLine
  putStrLn ("Hello, " ++ name ++ "!")