36, 사랑을 배우다

어떻게 공부할까? 프로그래머를 위한「공부론」#2

알고리즘 디자인 과정의 중요성
알고리즘을 좀더 수월하게, 또 잘 만들려면 알고리즘 디자인 과정에 대해 생각해 봐야 합니다. 그냥 밑도 끝도 없이 문제를 쳐다본다고 해서 알고리즘이 튀어나오진 않습니다. 체계적이고 효율적인 접근법을 사용해야 합니다. 대표적인 것으로 다익스트라(E. W. Dijkstra)와 워스(N. Wirth)의 '조금씩 개선하기'(Stepwise Refinement)가 있습니다. 워스의 「Program Development by Stepwise Refinement」(1971, CACM 14.4, http://www.acm.org/classics/dec95)를 꼭 읽어보길 바랍니다. 여기 소개된 조금씩 개선하기는 구조적 프로그래밍에서 핵심적 역할을 했습니다(구조적 프로그래밍을 'goto 문 제거' 정도로 생각하면 안 됩니다). 다익스트라의 「Stepwise Program Construction」(Selected Writings on Computing: A Personal Perspective, Springer-Verlag, 1982, http://www.cs.utexas.edu/users/EWD/ewd02xx/EWD227.PDF)도 추천합니다.

알고리즘 검증은 알고리즘 디자인과 함께 갑니다. 새로운 알고리즘을 고안할 때 검증해 가면서 디자인하기 때문입니다. 물론 가장 큰 역할은 고안이 끝났을 때의 검증입니다. 알고리즘 검증에는 루프 불변식(loop invariant) 같은 것이 아주 유용합니다. 아주 막강한 무기입니다. 익혀 두면 두고두고 가치를 발휘할 것입니다. 맨버(Udi Manber)의 알고리즘 서적(『Introduction to Algorithms: A Creative Approach』)이 알고리즘 검증과 디자인이 함께 진행해 가는 예로 자주 추천됩니다. 많은 계발을 얻을 것입니다. 고전으로는 다익스트라의 『A Discipline of Programming』과 그라이스(Gries)의 『The Science of Programming』이 있습니다. 특히 전자를 추천합니다. 프로그래밍에 대한 관을 뒤흔들어 놓을 것입니다.

알고리즘과 패러다임
알고리즘을 공부하면 큰 줄기들을 알아야 합니다. 개별 테크닉도 중요하지만 '패러다임'이라고 할만한 것들을 알아야 합니다. 이것에 대해서는 튜링상을 수상한 로버트 플로이드(Robert Floyd)의 튜링상 수상 강연(The Paradigms of Programming, 1978)을 추천합니다. 패러다임을 알아야 알고리즘을 상황에 맞게 마음대로 변통할 수 있습니다. 그리고 자신만의 분류법을 만들어야 합니다. 구체적인 문제들을 케이스 바이 케이스로 여럿 접하는 동안 그냥 지나쳐 버리면 개별자는 영원히 개별자로 남을 뿐입니다. 비슷한 문제들을 서로 묶어서 일반화해야 합니다.

이런 패러다임을 발견하려면 '다시 하기'가 아주 좋습니다. 다른 것들과 마찬가지로, 이 다시 하기는 알고리즘에서만이 아니고 모든 공부에 적용할 수 있습니다. 같은 것을 다시 해보는 것에서 우리는 얼마나 많은 것을 배울 수 있을까요. 대단히 많습니다. 왜 동일한 문제를 여러 번 풀고, 왜 같은 내용의 세미나에 또 다시 참석하고, 같은 프로그램을 거듭 작성할까요? 훨씬 더 많이 배울 수 있기 때문입니다. 화술 교육에서는 같은 주제에 대해 한 번 말해본 연사와 두 번 말해본 연사는 천지 차이가 있다고 말합니다. 같은 일에 대해 ?번의 기회가 주어지면 두 번째에는 첫 번째보다 잘 할 기회가 있습니다. 게다가 첫 번째 경험했던 것을 '터널을 벗어나서' 다소 객관적으로 볼 수 있게 됩니다. 왜 자신이 저번에 이걸 잘 못 했고, 저걸 잘 했는지 알게 되고, 어떻게 하면 그걸 더 잘할 수 있을는지 깨닫게 됩니다. 저는 똑같은 문제를 여러 번 풀더라도 매번 조금씩 다른 해답을 얻습니다. 그러면서 정말 엄청나게 많은 것을 배웁니다. '비슷한 문제'를 모두 풀 능력이 생깁니다.

제가 개인적으로 존경하는 전산학자 로버트 플로이드(Robert W. Floyd)는 1978년도 튜링상 강연에서 다음과 같은 말을 합니다.

제가 어려운 알고리즘을 디자인하는 경험을 생각해 볼 때, 제 능력을 넓히는 데 가장 도움이 되는 특정한 테크닉이 있습니다. 어려운 문제를 푼 후에, 저는 그것을 처음부터 완전히 새로 풉니다. 좀 전에 얻은 해법의 통찰(insight)만을 유지하면서 말이죠. 해법이 제가 희망하는 만큼 명료하고 직접적인 것이 될 때까지 반복합니다. 그런 다음, 비슷한 문제들을 공략할 어떤 일반적인 룰을 찾습니다. 아까 주어진 문제를 아예 처음부터 최고로 효율적인 방향에서 접근하도록 이끌어줬을 그런 룰을 찾는 거죠. 많은 경우에 그런 룰은 불변의 가치가 있습니다. … 포트란의 룰은 몇 시간 내에 배울 수 있습니다. 하지만 관련 패러다임은 훨씬 더 많은 시간이 걸립니다. 배우거나(learn) 배운 것을 잊거나(unlearn) 하는 데 모두.

수학자와 프로그래머를 포함한 모든 문제 해결자들의 고전이 된 죠지 폴리야(George Polya)의 『How to Solve it』에는 이런 말이 있습니다:

심지어는 꽤나 훌륭한 학생들도, 문제의 해법을 얻고 논증을 깨끗하게 적은 다음에는 책을 덮어버리고 뭔가 다른 것을 찾는다. 그렇게 하는 동안 그들은 그 노력의 중요하고도 교육적인 측면을 잃어버리게 된다. … 훌륭한 선생은 어떠한 문제이건 간에 완전히 바닥이 드러나는 경우는 없다는 관점을 스스로 이해하고 또 학생들에게 명심시켜야 한다.

저는 ACM의 ICPC 문제 중에 어떤 문제를 이제까지 열 번도 넘게 풀었습니다. 대부분 짝 프로그래밍이나 세미나를 통해 프로그래밍 시연을 했던 것인데, 제 세미나에 여러 번 참석한 분이 농담조로 웃으며 물었습니다. "신기해요. 창준 씨는 그 문제를 풀 때마다 다른 프로그램을 짜는 것 같아요. 설마 준비를 안 해 와서 그냥 내키는 대로 하는 건 아니죠?" 저는 카오스 시스템과 비슷하게 초기치 민감도가 프로그래밍에도 작용하는 것 같다고 대답했습니다. 저 스스로 다른 해법을 시도하고 싶은 마음이 있으면 출발이 조금 다르고, 또 거기서 나오는 진행 방향도 다르게 됩니다. 그런데 중요한 것은 이렇게 같은 문제를 매번 다르게 풀면서 배우는 것이 엄청나게 많다는 점입니다. 저는 매번, 전보다 개선할 것을 찾아내게 되고, 또 새로운 것을 배웁니다. 마치 마르지 않는 샘물처럼 계속 생각할 거리를 준다는 점이 참 놀랍습니다.

알고리즘 개론 교재로는 CLR(Introduction to Algorithms, Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, and Ronald L. Rivest)을 추천합니다. 이와 함께 혹은 이 책을 읽기 전에 존 벤틀리(Jon Bentley)의 『Programming Pearls』도 강력 추천합니다. 세계적인 짱짱한 프로그래머와 전산학자들이 함께 꼽은 위대한 책 목록에서 몇 손가락 안에 드는 책입니다. 아직 이 책을 본 적이 없는 사람은 축하합니다. 아마 몇 주간은 감동 속에 하루하루를 보내게 될 겁니다.

리팩토링 학습에서의 문제
먼저, 본지 2001년 11월호에 제가 썼던 마틴 파울러의 책을 추천하는 글을 인용하겠습니다.

OOP를 하건 안 하건 프로그래밍이란 업을 하는 사람이라면 이 책은 자신의 공력을 서너 단계 레벨업시켜줄 수 있다. 자질구레한 술기를 익히는 것이 아니고 기감과 내공을 증강하는 것이다.

혹자는 DP 이전에 RF를 봐야 한다고도 한다. 이 말이 어느 정도 일리가 있는 것이, 효과적인 학습은 문제의식이 선행해야 하기 때문이다. DP는 거시적 차원에서 해결안을 모아놓은 것이다. RF를 보고 나쁜 냄새(Bad Smell)를 맡을 수 있는 후각을 발달시켜야 한다. RF의 목록을 모두 외우는 것은 큰 의미가 없다. 그것보다 냄새나는 코드를 느낄 수 있는 감수성을 키우는 것이 더 중요하다. 필자는 일주일에 한 가지씩 나쁜 냄새를 정해놓고 그 기간 동안에는 자신이 접하는 모든 코드에서 그 냄새만이라도 확실히 맡도록 집중하는 방법을 권한다. 일명 일취집중후각법. 패턴 개념을 만든 건축가 크리스토퍼 알렉산더나 GoF의 랄프 존슨은 좋은 디자인이란 나쁜 것이 없는 상태라고 한다. 무색 무미 무취의 무위(無爲)적 자연(自然) 코드가 되는 그 날을 위해 오늘도 우리는 리팩토링이라는 유위(有爲)를 익힌다.

주변에서 리팩토링을 잘못 공부하는 경우를 종종 접합니다. 어떤 의미에서 잘못 공부한다고 할까요? '실체화'가 문제입니다. 리팩토링은 도구이고 방편일 뿐인데, 그것에 매달리는 것은 달은 보지 않고 손을 보는 것과 같습니다. 저는 리팩토링 책이 또 하나의 (이미 그 병폐가 많이 드러난) GoF 책이 되는 현상이 매우 걱정됩니다.

리팩토링 공부
사람들이 일반적으로 생각하는 바와는 달리 리팩토링 학습에 있어 어떤 리팩토링이 있는지, 구체적으로 무엇인지 등의 리팩토링 목록에 대한 지식과 각각에 대한 메카닉스(Mechanics: 해당 리팩토링을 해나가는 구체적 단계)는 오히려 덜 중요할 수 있습니다. 더 기본적이고 유용한 것은 코드 냄새(Code Smell)와 짧은 테스트-코드 싸이클입니다. 이것만 제대로 되면 리팩토링 책의 모든 리팩토링을 스스로 구성해낼 수 있으며, 다른 종류의 리팩토링까지 직접 발견해낼 수 있습니다.

그 책에서는 테스트의 중요성이 충분히 강조되지 않았습니다. 하지만 테스트 코드 없는 리팩토링은 안전벨트 없는 자동차 경주와 같습니다. 그리고 테스트 코드가 리팩토링의 방향을 결정하기도 합니다. 양자는 음과 양처럼 서로 엮여 있습니다. 이런 의미에서 리팩토링은 TDD(Test Driven Development)와 함께 수련하는 것이 좋습니다. 훨씬 더 빨리, 훨씬 더 많은 것을 배울 수 있을 겁니다.

리팩토링을 공부할 때는 우선 코드 냄새의 종류를 알고, 왜 그것이 나쁜 냄새가 될 수 있는지 이해하고(그게 불가하다면 리팩토링 공부를 미뤄야 합니다) 거기에 동의할 수 있어야 합니다. 그런 다음, 대충 어떤 종류의 리팩토링이 가능한지 죽 훑어봅니다. 그 중 몇 개는 메카닉스를 따라가면서 실험해 봅니다. 이제는 책을 덮습니다. 그리고 실제 코드를 접하고, 만약 거기에서 냄새를 맡는다면 이 냄새를 없애기 위해 어떻게 해야 할지 스스로 고민합니다. 리팩토링 책의 목록은 일단 무시하십시오. 그 냄새를 없애는 것이 목표이지, 어떤 리팩토링을 여기에 '써먹는 것'이 목표가 되어선 안 됩니다. 이 때, 반드시 테스트 코드가 있어야 합니다. 그래야 '좋은' 리팩토링을 할 수 있습니다. 책을 떠나 있으면서도 책에서 떠나지 않는 방법입니다.

리팩토링을 하기 전에 초록색 불(테스트가 모두 통과)이 들어온 시점에서 코드를 일부 고치면 빨간 불(테스트가 하나라도 실패)로 바뀔 겁니다. 이게 다시 초록색 불이 될 때까지 최소한도의 시간이 걸리도록 하십시오. 현 초록색에서 다음 초록색까지 최소한의 시간을 소비하도록 하면서 코드와 테스팅을 오가게 되면 자기도 모르는 사이에 훌륭한 리팩토링이 자발공으로 터져 나옵니다. 여기서 목적지는 우선은 OAOO(Once And Only Once: 모든 것은 오로지 한 번만 말해야 한다)를 지키는 쪽으로 합니다. 그러면 OAOO와 짧은 테스트-코드 싸이클을 지키는 사이 어느새 탁월한 디자인이 튀어나옵니다. 참고로 저는 '모래시계 프로그래밍'이란 걸 가끔 합니다. 모래시계나 알람 프로그램으로 테스트-코드 사이클의 시간을 재는 것입니다. 그래서 가급적이면 한 사이클이 3분 이내(대부분의 모래시계는 단위가 3분입니다)에 끝나도록 노력합니다. 여기서 성공을 하건 실패를 하건 많은 걸 얻습니다.

리팩토링 수련법
제가 고안, 사용한 몇 가지 리팩토링 수련법을 알려드립니다.

①일취집중후각법: 앞에 소개한 본지 2001년 11월호에서 인용된 글 참조
②주석 최소화: 주석을 최소화하되 코드의 가독성이 떨어지지 않도록(혹은 오히려 올라가도록) 노력합니다. 이렇게 하면 자동으로 리팩토링이 이뤄지는 경우가 많습니다.
③OAOO 따르기: OAOO 법칙을 가능하면 최대한, 엄격하게 따르려고 합니다. 역시 자동으로 좋은 리팩토링이 이뤄집니다. 여기서 디자인패턴이 창발하기도 합니다. GoF 책을 한번도 보지 못한 사람이 디자인패턴을 자유자재로 부리는 경우를 보게 됩니다.
④디미터 법칙(Law of Demeter) 따르기: 디미터 법칙을 가능하면 지키려고 합니다. 어떤 리팩토링이 저절로 이뤄지거나 혹은 필요 없어지는가요?
⑤짝(Pair) 리팩토링: 함께 리팩토링합니다. 혼자 하는 것보다 더 빨리, 더 많은 걸 배우게 됩니다. 특히, 각자 작성했던 코드를 함께 리팩토링하고, 제3자의 코드를 함께 리팩토링해 봅니다. 사람이 많다면 다른 짝이 리팩토링한 것과 서로 비교하고 토론합니다.
⑥'무엇'과 '어떻게'를 분리: 어떻게에서 무엇을 분리해 내도록 합니다. 어떤 리팩토링이 창발합니까?

여기서 번, 짝 리팩토링은 아주 효과적인 방법입니다. 저는 이것을 협동적 학습(Collaborative Learning)이라고 부릅니다. 상대가 나보다 더 많이 아는 경우만이 아니고, 서로 아는 것이 비슷해도 많은 양의 학습이 발생합니다. 특히, 전문가와 함께 짝 프로그래밍을 하면 무서울 만큼 빠른 학습을 경험할 수 있습니다. 저와 짝 프로그래밍을 한 사람이 학습하는 속도에서 경이감을 느낀 적이 한두 번이 아닙니다. 문화는 사회적으로 학습되는 것입니다. 우리가 지식이라고 하는 것의 상당 부분은 문화처럼 암묵적인 지식(Tacit Knowledge)입니다. 전문가가 문제가 생겼을 때 어떻게 사고하고, 어떤 과정을 거쳐 접근하며, 어떻게 디버깅하고, 키보드를 어떤 식으로 누르는지, 사고 도구로 무엇을 사용하는지, 일 계획과 관리를 어떻게 하는지, 동료와 어떻게 대화하는지 등은 성문화되어 있지 않습니다. 그러나 이런 것들은 아주 중요합니다. 프로페셔널의 하루 일과의 대부분을 이루고 있기 때문입니다. 이런 것들은 전문가 바로 옆에서 조금씩 일을 도와주면서 배워야 합니다. 도제 살이(Apprenticeship)입니다. 진정한 전문가는 모든 동작이 우아합니다. 마치 춤을 추는 것 같습니다. 이 모습을 바로 곁에서 지켜보게 되면, 주니어는 한마디로 엄청난 충격을 받습니다. 그리고 스펀지처럼 빨아들이게 됩니다. 도대체 이 경험을 책이나 공장화한 학교가 어떻게 대신하겠습니까. 이와 관련해서는 레이브와 웽거(Jean Lave, Etienne Wenger)의 『Situated Learning : Legitimate Peripheral Participation』을 강력 추천합니다. 이 글을 보는 모든 교육 종사자들이 꼭 읽어봤으면 합니다. 이 협동적 학습은 두 사람만이 아니고 그룹 단위로도 가능합니다. 스터디에 이용하면 재미와 유익함 일석이조를 얻습니다.

이 외에, 특히(어쩌면 가장) 중요한 것은 일취집중후각법 등을 이용해 자신의 코드 후각의 민감도를 높이는 것입니다. 코드 후각의 메타포 말고도 유사한 메타포가 몇 가지 더 있습니다. 켄트 벡은 코드의 소리를 들으라고 하고, 저는 코드를 향해 대화하라고 합니다. 코드의 소리를 듣는 것은 코드가 원하는 것에 귀를 기울이는 것을 말합니다. 코드는 단순해지려는 욕망이 있습니다. 그걸 이뤄주는 것이 프로그래머입니다. 그리고 짝 프로그래밍을 할 때 두 사람의 대화를 코드에 남기도록 합니다. 주석이 아닙니다. 왜 이것이 중요한가는 본지 2001년 12월호 「허실문답 XP 강화」를 참고하기 바랍니다.