20일 10월 2020

제너레이터

일반 함수는 하나의 값(혹은 0개의 값)만을 반환합니다.

하지만 제너레이터(generator)를 사용하면 여러 개의 값을 필요에 따라 하나씩 반환(yield)할 수 있습니다. 제너레이터와 이터러블 객체를 함께 사용하면 손쉽게 데이터 스트림을 만들 수 있습니다.

제너레이터 함수

제너레이터를 만들려면 '제너레이터 함수’라 불리는 특별한 문법 구조, function*이 필요합니다.

예시:

function* generateSequence() {
  yield 1;
  yield 2;
  return 3;
}

제너레이터 함수는 일반 함수와 동작 방식이 다릅니다. 제너레이터 함수를 호출하면 코드가 실행되지 않고, 대신 실행을 처리하는 특별 객체, '제너레이터 객체’가 반환됩니다.

예시를 살펴봅시다.

function* generateSequence() {
  yield 1;
  yield 2;
  return 3;
}

// '제너레이터 함수'는 '제너레이터 객체'를 생성합니다.
let generator = generateSequence();
alert(generator); // [object Generator]

함수 본문 코드는 아직 실행되지 않았습니다.

next()는 제너레이터의 주요 메서드입니다. next()를 호출하면 가장 가까운 yield <value>문을 만날 때까지 실행이 지속됩니다(value를 생략할 수도 있는데, 이 경우엔 undefined가 됩니다). 이후, yield <value>문을 만나면 실행이 멈추고 산출하고자 하는 값인 value가 바깥 코드에 반환됩니다(yield는 '생산하다, 산출하다’라는 뜻을 가짐 – 옮긴이).

next()는 항상 아래 두 프로퍼티를 가진 객체를 반환합니다.

  • value: 산출 값
  • done: 함수 코드 실행이 끝났으면 true, 아니라면 false

제너레이터를 만들고 첫 번째 산출 값을 받는 예시를 살펴봅시다.

function* generateSequence() {
  yield 1;
  yield 2;
  return 3;
}

let generator = generateSequence();

let one = generator.next();

alert(JSON.stringify(one)); // {value: 1, done: false}

현재로서는 첫 번째 값만 받았으므로 함수 실행은 두 번째 줄에서 멈췄습니다.

generator.next()를 다시 호출해봅시다. 실행이 재개되고 다음 yield를 반환합니다.

let two = generator.next();

alert(JSON.stringify(two)); // {value: 2, done: false}

generator.next()를 또 호출하면 실행은 return문에 다다르고 함수가 종료됩니다.

let three = generator.next();

alert(JSON.stringify(three)); // {value: 3, done: true}

이제 제너레이터가 종료되었습니다. 마지막 결과인 value:3done:true를 통해 이를 확인할 수 있습니다.

제너레이터가 종료되었기 때문에 지금 상태에선 generator.next()를 호출해도 아무 소용이 없습니다. generator.next()를 여러번 호출해도 객체 {done: true}가 반환될 뿐입니다.

function* f(…)가 맞나요 아니면 function *f(…)가 맞나요?

둘 다 맞습니다.

그런데 *는 제너레이터 함수를 나타내므로 대개는 첫 번째 문법이 선호됩니다. *는 종류를 나타내는 것이지 이름을 나타내는 것이 아니기 때문입니다. 그러므로 *function에 붙이도록 합시다.

제너레이터와 이터러블

next() 메서드를 보면서 짐작하셨듯이, 제너레이터는 이터러블 입니다.

따라서 for..of 반복문을 사용해 값을 얻을 수 있습니다.

function* generateSequence() {
  yield 1;
  yield 2;
  return 3;
}

let generator = generateSequence();

for(let value of generator) {
  alert(value); // 1, 2가 출력됨
}

.next().value을 호출하는 것 보다 나아 보이네요.

그런데 주의할 점이 있습니다. 위 예시를 실행하면 12만 출력되고 3은 출력되지 않습니다.

이유는 for..of 이터레이션이 done: true일 때 마지막 value를 무시하기 때문입니다. 그러므로 for..of를 사용했을 때 모든 값이 출력되길 원한다면 yield로 값을 반환해야 합니다.

function* generateSequence() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

let generator = generateSequence();

for(let value of generator) {
  alert(value); // 1, 2, 3
}

제너레이터는 이터러블 객체이므로 제너레이터에도 전개 문법(...) 같은 관련 기능을 사용할 수 있습니다.

function* generateSequence() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

let sequence = [0, ...generateSequence()];

alert(sequence); // 0, 1, 2, 3

위 예시에서 ...generateSequence()는 반복 가능한 제너레이터 객체를 배열 요소로 바꿔줍니다. (전개 문법에 대한 자세한 설명은 나머지 매개변수와 전개 문법에서 볼 수 있습니다.)

이터러블 대신 제너레이터 사용하기

iterable 객체를 다룬 챕터에서 from..to 사이에 있는 값을 반환하는 반복 가능 객체, range를 만들어 보았습니다.

코드를 상기해 봅시다.

let range = {
  from: 1,
  to: 5,

  // for..of 최초 호출 시, Symbol.iterator가 호출됩니다.
  [Symbol.iterator]() {
    // Symbol.iterator는 이터레이터 객체를 반환합니다.
    // for..of는 반환된 이터레이터 객체만을 대상으로 동작하는데, 이때 다음 값도 정해집니다.
    return {
      current: this.from,
      last: this.to,

      // for..of 반복문에 의해 각 이터레이션마다 next()가 호출됩니다.
      next() {
        // next()는 객체 형태의 값, {done:.., value :...}을 반환해야 합니다.
        if (this.current <= this.last) {
          return { done: false, value: this.current++ };
        } else {
          return { done: true };
        }
      }
    };
  }
};

// 객체 range를 대상으로 하는 이터레이션은 range.from과 range.to 사이의 숫자를 출력합니다.
alert([...range]); // 1,2,3,4,5

Symbol.iterator 대신 제너레이터 함수를 사용하면, 제너레이터 함수로 반복이 가능합니다.

같은 range이지만, 좀 더 압축된 range를 살펴봅시다.

let range = {
  from: 1,
  to: 5,

  *[Symbol.iterator]() { // [Symbol.iterator]: function*()를 짧게 줄임
    for(let value = this.from; value <= this.to; value++) {
      yield value;
    }
  }
};

alert( [...range] ); // 1, 2, 3, 4, 5

range[Symbol.iterator]()는 제너레이터를 반환하고, 제너레이터 메서드는 for..of가 동작하는데 필요한 사항(아래 설명)을 충족시키므로 예시가 잘 동작합니다.

  • .next() 메서드가 있음
  • 반환 값의 형태는 {value: ..., done: true/false}이어야 함

이렇게 이터러블 객체 대신 제너레이터를 사용할 수 있는 것은 우연이 아닙니다. 제너레이터는 이터레이터를 어떻게 하면 쉽게 구현할지를 염두에 두며 자바스크립트에 추가되었습니다.

제너레이터를 사용해 구현한 예시는 이터러블을 사용해 구현한 기존 예시보다 훨씬 간결합니다. 그리고 동일한 기능을 제공합니다.

제너레이터는 무한한 값을 만들 수도 있습니다.

위 예시에선 유한한 연속 값을 생성했지만, 값을 끊임없이 생성하는 제너레이터를 만드는 것도 가능합니다. 끊임없는 의사 난수를 생성하는 것처럼 말이죠.

끊임없는 값을 생성하는 제너레이터를 만들었다면 당연히 for..of 안에 breakreturn이 있어야 합니다. 그렇지 않으면 무한 반복문이 되어서 스크립트가 멈춥니다.

제너레이터 컴포지션

제너레이터 컴포지션(generator composition)은 제너레이터 안에 제너레이터를 '임베딩(embedding, composing)'할 수 있게 해주는 제너레이터의 특별 기능입니다.

먼저, 연속된 숫자를 생성하는 제너레이터 함수를 만들어보겠습니다.

function* generateSequence(start, end) {
  for (let i = start; i <= end; i++) yield i;
}

그리고 이 함수를 기반으로 좀 더 복잡한 값을 연속해서 생성하는 함수를 만들어봅시다. 값 생성 규칙은 다음과 같습니다.

  • 처음엔 숫자 0부터 9까지를 생성합니다(문자 코드 48부터 57까지),
  • 이어서 알파벳 대문자 A부터 Z까지를 생성합니다(문자 코드 65부터 90까지).
  • 이어서 알파벳 소문자 a부터 z까지를 생성합니다(문자 코드 97부터 122까지).

이런 규칙을 충족하는 연속 값은 비밀번호를 만들 때 응용할 수 있습니다(물론 특수 문자도 추가 할 수 있습니다).

일반 함수로는 여러 개의 함수를 만들고 그 호출 결과를 어딘가에 저장한 후 다시 그 결과들을 조합해야 원하는 기능을 구현할 수 있습니다.

하지만 제너레이터의 특수 문법 yield*를 사용하면 제너레이터를 다른 제너레이터에 ‘끼워 넣을 수’ 있습니다.

컴포지션을 적용한 제너레이터는 다음과 같습니다.

function* generateSequence(start, end) {
  for (let i = start; i <= end; i++) yield i;
}

function* generatePasswordCodes() {

  // 0..9
  yield* generateSequence(48, 57);

  // A..Z
  yield* generateSequence(65, 90);

  // a..z
  yield* generateSequence(97, 122);

}

let str = '';

for(let code of generatePasswordCodes()) {
  str += String.fromCharCode(code);
}

alert(str); // 0..9A..Za..z

yield* 지시자는 실행을 다른 제너레이터에 위임합니다(delegate). 여기서 '위임’은 yield* gen이 제너레이터 gen을 대상으로 반복을 수행하고, 산출 값들을 바깥으로 전달한다는 것을 의미합니다. 마치 외부 제너레이터에 의해 값이 산출된 것처럼 말이죠.

중첩 제너레이터(generateSequence)의 코드를 직접 써줘도 결과는 같습니다.

function* generateSequence(start, end) {
  for (let i = start; i <= end; i++) yield i;
}

function* generateAlphaNum() {

  // yield* generateSequence(48, 57);
  for (let i = 48; i <= 57; i++) yield i;

  // yield* generateSequence(65, 90);
  for (let i = 65; i <= 90; i++) yield i;

  // yield* generateSequence(97, 122);
  for (let i = 97; i <= 122; i++) yield i;

}

let str = '';

for(let code of generateAlphaNum()) {
  str += String.fromCharCode(code);
}

alert(str); // 0..9A..Za..z

제너레이터 컴포지션을 사용하면 한 제너레이터의 흐름을 자연스럽게 다른 제너레이터에 삽입할 수 있습니다. 제너레이터 컴포지션을 사용하면 중간 결과 저장 용도의 추가 메모리가 필요하지 않습니다.

'yield’를 사용해 제너레이터 안·밖으로 정보 교환하기

지금까지 배운 제너레이터는 값을 생성해주는 특수 문법을 가진 이터러블 객체와 유사했습니다. 그런데 사실 제너레이터는 더 강력하고 유연한 기능을 제공합니다.

yield가 양방향 길과 같은 역할을 하기 때문입니다. yield는 결과를 바깥으로 전달할 뿐만 아니라 값을 제너레이터 안으로 전달하기까지 합니다.

값을 안, 밖으로 전달하려면 generator.next(arg)를 호출해야 합니다. 이때 인수 argyield의 결과가 됩니다.

예시를 살펴봅시다.

function* gen() {
  // 질문을 제너레이터 밖 코드에 던지고 답을 기다립니다.
  let result = yield "2 + 2 = ?"; // (*)

  alert(result);
}

let generator = gen();

let question = generator.next().value; // <-- yield는 value를 반환합니다.

generator.next(4); // --> 결과를 제너레이터 안으로 전달합니다.
  1. generator.next()를 처음 호출할 땐 항상 인수가 없어야 합니다. 인수가 넘어오더라도 무시되어야 하죠. generator.next()를 호출하면 실행이 시작되고 첫 번째 yield "2+2=?"의 결과가 반환됩니다. 이 시점에는 제너레이터가 (*)로 표시한 줄에서 실행을 잠시 멈춥니다.
  2. 그 후, 위 그림에서 보듯이 yield의 결과가 제너레이터를 호출하는 외부 코드에 있는 변수, question에 할당됩니다.
  3. 마지막 줄, generator.next(4)에서 제너레이터가 다시 시작되고 4result에 할당됩니다(let result = 4).

외부 코드에선 next(4)를 즉시 호출하지 않고 있다는 점에 주목해 주시기 바랍니다. 제너레이터가 기다려주기 때문에 호출을 나중에 해도 문제가 되지 않습니다.

예시:

// 일정 시간이 지난 후 제너레이터가 다시 시작됨
setTimeout(() => generator.next(4), 1000);

일반 함수와 다르게 제너레이터와 외부 호출 코드는 next/yield를 이용해 결과를 전달 및 교환합니다.

또 하나의 예시를 살펴보며 이 과정을 자세히 알아보겠습니다.

function* gen() {
  let ask1 = yield "2 + 2 = ?";

  alert(ask1); // 4

  let ask2 = yield "3 * 3 = ?"

  alert(ask2); // 9
}

let generator = gen();

alert( generator.next().value ); // "2 + 2 = ?"

alert( generator.next(4).value ); // "3 * 3 = ?"

alert( generator.next(9).done ); // true

실행 흐름을 나타낸 그림은 다음과 같습니다.

  1. 제너레이터 객체가 만들어지고 첫 번째 .next()가 호출되면, 실행이 시작되고 첫 번째 yield에 다다릅니다.
  2. 산출 값은 바깥 코드로 반환됩니다.
  3. 두 번째 .next(4)는 첫 번째 yield의 결과가 될 4를 제너레이터 안으로 전달합니다. 그리고 다시 실행이 이어집니다.
  4. 실행 흐름이 두 번째 yield에 다다르고, 산출 값("3 * 3 = ?")이 제너레이터 호출 결과가 됩니다.
  5. 세 번째 next(9)는 두 번째 yield의 결과가 될 9를 제너레이터 안으로 전달합니다. 그리고 다시 실행이 이어지는데, done: true이므로 제너레이터 함수는 종료됩니다.

마치 ‘핑퐁 게임’ 같아 보이네요. 첫 번째 next()를 제외한 각 next(value)는 현재 yield의 결과가 될 값을 제너레이터 안에 전달합니다. 그리고 다음 yield의 결과로 되돌아옵니다.

generator.throw

여러 가지 예시를 통해 살펴보았듯이 외부 코드는 yield의 결과가 될 값을 제너레이터 안에 전달하기도 합니다.

그런데 외부 코드가 에러를 만들거나 던질 수도 있습니다. 에러는 결과의 한 종류이기 때문에 이는 자연스러운 현상입니다.

에러를 yield 안으로 전달하려면 generator.throw(err)를 호출해야 합니다. generator.throw(err)를 호출하게 되면 erryield가 있는 줄로 던져집니다.

"2 + 2 = ?"의 산출 값이 에러를 발생시키는 경우를 살펴봅시다.

function* gen() {
  try {
    let result = yield "2 + 2 = ?"; // (1)

    alert("위에서 에러가 던져졌기 때문에 실행 흐름은 여기까지 다다르지 못합니다.");
  } catch(e) {
    alert(e); // 에러 출력
  }
}

let generator = gen();

let question = generator.next().value;

generator.throw(new Error("데이터베이스에서 답을 찾지 못했습니다.")); // (2)

(2)에서 제너레이터 안으로 던진 에러는 yield와 함께 라인 (1)에서 예외를 만듭니다. 예외는 try..catch에서 잡히고, 관련 정보가 얼럿창에 출력됩니다.

제너레이터 안에서 예외를 처리하지 않았다면 예외는 여타 예외와 마찬가지로 제너레이터 호출 코드(외부 코드)로 ‘떨어져 나옵니다’.

generator.throw(라인 (2))에서 제너레이터를 호출하고 있으므로 아래와 같이 에러를 여기서 잡아도 됩니다.

function* generate() {
  let result = yield "2 + 2 = ?"; // Error in this line
}

let generator = generate();

let question = generator.next().value;

try {
  generator.throw(new Error("데이터베이스에서 답을 찾지 못했습니다."));
} catch(e) {
  alert(e); // 에러 출력
}

이렇게 제너레이터 바깥에서 에러를 잡지 못하면 에러는 제너레이터 호출 코드 바깥으로 떨어져 나갑니다. 여기서도 에러를 잡지 못하면 스크립트가 죽겠죠.

요약

  • 제너레이터는 제너레이터 함수 function* f(…) {…}을 사용해 만듭니다.
  • yield 연산자는 제너레이터 안에 있어야 합니다.
  • next/yield 호출을 사용하면 외부 코드와 제너레이터 간에 결과를 교환할 수 있습니다.

모던 자바스크립트에서는 제너레이터를 잘 사용하지 않습니다. 그러나 제너레이터를 사용하면 실행 중에도 제너레이터 호출 코드와 데이터를 교환할 수 있기 때문에 유용한 경우가 종종 있습니다. 그리고 제너레이터를 사용하면 이터러블 객체를 쉽게 만들 수 있다는 장점도 있습니다.

다음 챕터에선 for await ... of 루프 안 비동기 데이터 스트림을 다룰 때 사용되는 비동기 제너레이터(asnyc generator)에 대해 알아볼 예정입니다. 비동기 제너레이터는 페이지네이션을 사용해 전송되는 비동기 데이터 스트림을 다룰 때 사용됩니다.

웹 프로그래밍에선 데이터 스트림을 다뤄야 하는 경우가 많은데, 제너레이터는 이 경우에 유용합니다.

과제

개발을 하다 보면 임의의 데이터가 필요한 경우가 자주 생깁니다.

테스팅을 진행할 때도 임의의 데이터가 필요할 수 있습니다. 정형화된 데이터가 아닌 랜덤한 텍스트나 숫자 등을 입력해 테스트를 진행하는 것이 좋기 때문입니다.

자바스크립트에서는 Math.random()을 사용해 난수를 만들 수 있습니다. 그런데 테스트 도중 문제가 생겨 테스트를 중단했다가 소스 코드를 고치고 다시 테스트를 재개할 때는 이전에 문제를 일으켰던 데이터와 동일한 데이터를 입력해 같은 문제가 발생하는지 살펴보아야 합니다.

이를 위해 '고정값 의사 난수 생성기’가 사용됩니다. 고정값 의사 난수 생성기는 첫 번째 값을 '고정값’으로 삼고, 생성기 안에 저장된 공식을 사용해 두 번째 값을 생성합니다. 고정값이 같으면 난수 생성기에서 차례대로 나오는 값들이 동일하므로 난수 생성 흐름을 쉽게 재현할 수 있습니다. 고정값만 기억해 두면 됩니다.

다소 균일하게 분포된 값을 생성하는 공식의 예는 다음과 같습니다.

next = previous * 16807 % 2147483647

고정값으로 1을 사용하면 생성기에서 나오는 값은 다음과 같습니다.

  1. 16807
  2. 282475249
  3. 1622650073
  4. …기타 등등…

이번 과제는 고정값을 받아 위 공식을 사용해 제너레이터를 만들어내는 함수인 pseudoRandom(seed)을 만드는 것입니다.

예시:

let generator = pseudoRandom(1);

alert(generator.next().value); // 16807
alert(generator.next().value); // 282475249
alert(generator.next().value); // 1622650073

테스트 코드가 담긴 샌드박스를 열어 정답을 작성해보세요.

function* pseudoRandom(seed) {
  let value = seed;

  while(true) {
    value = value * 16807 % 2147483647
    yield value;
  }

};

let generator = pseudoRandom(1);

alert(generator.next().value); // 16807
alert(generator.next().value); // 282475249
alert(generator.next().value); // 1622650073

다음과 같이 일반 함수를 사용하여 동일한 작업을 수행 할 수 있음에 유의하세요.

function pseudoRandom(seed) {
  let value = seed;

  return function() {
    value = value * 16807 % 2147483647;
    return value;
  }
}

let generator = pseudoRandom(1);

alert(generator()); // 16807
alert(generator()); // 282475249
alert(generator()); // 1622650073

일반 함수 또한 제너레이터와 같은 기능을 수행합니다. 그러나 일반 함수는 for..of을 이용해 반복하여 다른 곳에서 유용할 수 있는 제너레이터 구성 사용 능력을 잃게 합니다.

테스트 코드가 담긴 샌드박스를 열어 정답을 확인해보세요.

튜토리얼 지도

댓글

댓글을 달기 전에 마우스를 올렸을 때 나타나는 글을 먼저 읽어주세요.
  • 추가 코멘트, 질문 및 답변을 자유롭게 남겨주세요. 개선해야 할 것이 있다면 댓글 대신 이슈를 만들어주세요.
  • 잘 이해되지 않는 부분은 구체적으로 언급해주세요.
  • 댓글에 한 줄짜리 코드를 삽입하고 싶다면 <code> 태그를, 여러 줄로 구성된 코드를 삽입하고 싶다면 <pre> 태그를 이용하세요. 10줄 이상의 코드는 plnkr, JSBin, codepen 등의 샌드박스를 사용하세요.