JAVA, C++, C#, Python, PHP 등을 사용하는 SW 개발자 중에 객체 지향 프로그래밍(Object-Oriented Programming, OOP)과 클래스(Class)를 모르는 분은 없을 것입니다.
반면에, 통계와 데이터 분석을 전공하신 분들 중에는 객체 지향 프로그래밍과 클래스에 대해서 모르는 분이 상당히 많을 것이라고 보며, 아마도 '내가 개발자도 아닌데 객체 지향 프로그래밍과 클래스를 왜 알아야 해? 사용자 정의함수 만들어 쓸 수 있으면 되는거 아닌가?' 라고 생각하며 아예 선을 그어버리고 외면하는 분도 계실 듯 합니다. (제가 예전에 이랬거든요. ^^;)
그런데 통계/머신러닝 모델을 운영 시스템에 반영하기 위해 개발자와 협업하다보면 클래스 얘기가 나오고, 또 딥러닝 공부하다보니 자꾸 클래스와 맞닥드리게 되어서 이참에 클래스 공부도 하고 블로그에 정리도 하게 되었습니다.
이번 포스팅에서는 통계와 분석업무 하시는 분들을 독자로 가정하고 파이썬3의 클래스(Class in Python 3)에 대해서 소개하겠습니다.
1. 객체 지향 프로그래밍은 무엇이며, 클래스는 무엇인가?
2. 왜 객체지향 프로그램이 필요한가?
3. 클래스와 인스턴스는 어떻게 만드는가?
4. 클래스 상속이란 무엇인가?
5. 클래스와 함수의 차이점은 무엇인가?
ps. Private member, 상속의 super(), 다중 상속, decorator, iterator, generator, 추상 기반 클래스(abstract base class), Overriding 등의 세부 심화 내용은 이번 포스팅에서는 제외하겠으며, 파이썬 프로그래밍 개발 관련 전문 서적이나 사이트를 참고하시기 바랍니다.
1. 객체 지향 프로그래밍은 무엇이며, 클래스는 무엇인가? |
위키피디아에서 객체 지향 프로그래밍을 어떻게 정의하고 있는지 찾아보았습니다.
객체 지향 프로그래밍(Object-oriented programming, OOP)은 객체(Objects) 개념에 기반한 프로그래밍 패러다임으로서, 변수(field) 혹은 속성(attribute), 특성(property)이라고 알려진 데이터(data)와 프로시져(procedures) 또는 메소드(methods) 형태의 코드(code) 를 가지고 있다. (Object-oriented programming (OOP) is a programming paradigm based on the concept of "objects", which can contain data, in the form of fields (often known as attributes or properties), and code, in the form of procedures (often known as methods).)
객체의 프로시져를 통해 객체의 연관되어 있는 데이터 변수들에 접근하고 변경할 수 있는 특성이 있다. (객체는 "this" 또는 "self"의 표기를 가지고 있다) (A feature of objects is an object's procedures that can access and often modify the data fields of the object with which they are associated (objects have a notion of "this" or "self").)
객체 지향 프로그래밍에서 컴퓨터 프로그램은 서로 상호작용하는 객체들을 만듦으로써 설계한다. 객체 지향 프로그래밍 언어는 다양하지만 가장 일반적인 것은 클래스 기반(class-based) 의 언어이다. 클래스 기반이란 클래스의 인스턴스가 객체가 되고 유형(type)을 결정하는 것을 의미한다. (In OOP, computer programs are designed by making them out of objects that interact with one another. OOP languages are diverse, but the most popular ones are class-based, meaning that objects are instances of classes, which also determine their types.)
* source: Wikipedia
말이 좀 어려운데요, 한번 더 정리를 해보자면,
- 객체(objects) = data (fields, attributes, properties) + code (procedures, methods)
- code(procedures, methods) 를 통해 data(fields, attributes, properties)에 접근하고 변경 가능
- class 로 data와 code를 겹합하며, 클래스를 구체화(실체화)한 인스턴스는 객체가 됨
Python도 객체 지향 프로그래밍을 지원하는 대표적인 언어이며, 위의 위키피디아 정의와 동일하게 객체는 속성(attribute)과 기능(method), 다른 말로 표현하면 객체는 변수(filed)와 함수(function)로 구성됩니다. 이들 속성(attribute)(또는 변수(field))와 기능(method)(또는 함수(function))을 클래스(class)를 사용해서 하나로 묶어줍니다. 클래스를 실체화하여 인스턴스(instance) 객체를 생성합니다. (아래 3번의 실제 예를 살펴보면 이해하기에 더 쉬울 것입니다)
객체 지향 프로그래밍을 하면 객체(변수 + 함수) 내의 응집력은 강하지만 객체 간의 응집력은 약하게 하여 소프트웨어의 개발, 유지보수, 업그레이드를 보다 쉽게 할 수 있도록 해주는 장점이 있습니다.
"객체 지향 프로그래밍은 프로그램을 유연하고 변경이 용이하게 만들기 때문에 대규모 소프트웨어 개발에 많이 사용된다. 또한 프로그래밍을 더 배우기 쉽게 하고 소프트웨어 개발과 보수를 간편하게 하며, 보다 직관적인 코드 분석을 가능하게 하는 장점을 갖고 있다."
* source: wikipedia
"같은 목적과 기능을 위해 객체로 묶인 코드 요소(변수, 함수)들은 객체 내부에서만 강한 응집력을 발휘하고 객체 외부에 주는 영향은 줄이게 됩니다. 코드가 객체 위주로 (또는 순수하게 객체로만) 이루어질 수 있도록 지향하는 프로그래머의 노력은 코드의 결합도를 낮추는 결과를 낳게 됩니다."
* source: '뇌를 자극하는 파이썬3', 박상현 지음, 한빛미디어
아래의 클래스를 어떻게 만들고, 상속(inheritance)은 무엇인지를 알면 응집력에 대한 위의 내용이 좀더 이해가 쉬울 것입니다.
3. 클래스(class)와 인스턴스(instance)는 어떻게 만드는가? |
-- 클래스 정의 (create a Class) --
(a) 클래스 정의는 class 키워드 (keyword) 로 시작하고, 다음에 클래스 이름을 써주며, 뒤에 콜론(':')을 써줍니다.
(b) 클래스 이름은 보통 대문자(capital letter)로 시작합니다.
아래 예) class PersonalInfo:
(c) 클래스의 코드 블락에는
(c-1) 클래스 전체에 공통으로 사용하는 클래스 속성(class attribute),
아래 예) nationality = "Korean"
(c-2) 인스턴스별로 객체를 초기화해서 사용하는 인스턴스 속성(instance attributes),
아래 예) def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
(c-3) 기능을 수행하는 인스턴스 메소드(instance methods) 를 정의합니다.
아래 예) def getPersonalInfo(self):
print("Name:", self.name)
(d) 인스턴스 객체의 속성을 초기화해주는 역할은 def __init__(): 의 마법 메소드(magic method) 를 사용합니다.
(e) 'self'는 메소드가 소속되어 있는 객체를 의미합니다. ( C++, C#, JAVA 의 'this'와 동일한 역할)
-- 인스턴스 객체 생성 (create an instance object) --
(g) 클래스 이름(변수 값) 생성자로 클래스를 구체화/ 상세화한 인스턴스(instance)를 정의합니다.
아래 예) personal_choi = PersonalInfo('CK Choi', 25)
# class definition starts with 'class' keyword # class name starts with the CAPITAL LETTER usually class PersonalInfo: # Class attribute nationality = "Korean" # Initalizer, Instance attributes def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age # instance method 1 def getPersonalInfo(self): print("Name:", self.name) print("Age:", self.age) # instance method 2 def ageGroup(self): if self.age < 30: return "under 30" else: return "over 30" # instance method 3 def FirstName(self): print(self.name.split(' ')[0]) # instance method 4 def LastName(self): print(self.name.split(' ')[1]) |
아래 코드는 클래스 생성 시점에 메모리에 같이 저장이 되고, 클래스 전체에서 공유하는 속성인 클래스 속성(class attribute) 값을 조회한 결과입니다. '클래스이름.속성이름' 의 형태로 조회합니다.
# get class attribute PersonalInfo.nationality [Out]:'Korean'
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아래의 코드는 클래스를 상세화/구체화하여 인스턴스 객체를 생성한 예입니다. 인스턴스 객체의 속성과 메소드는 인스턴스 객체를 생성하는 시점에 메모리에 저장이 됩니다.
인스턴스 객체를 생성할 때마다 __init__(self) 의 마법 메소드(magic method)가 속성 값을 초기화(initialization) 해줍니다. 인스턴스 속성은 '인스턴스 객체 이름'에 점('.')을 찍고 뒤에 '속성 이름'을 써주면 조회할 수 있습니다.
아래 예) personal_choi.name
인스턴스 메소드 호출은 인스턴스 객체 이름에 점('.')을 찍고 뒤에 '메소드 이름()'을 써주면 됩니다.
아래 예) personal_choi.getPersonalInfo()
인스턴스 객체 1 (instance object 1) |
인스턴스 객체 2 (instance object 2) |
# instance personal_choi = PersonalInfo('CK Choi', 25)
# get instance attribute personal_choi.name [Out]: 'CK Choi'
# instance method 1 personal_choi.getPersonalInfo() [Out]: Name: CK Choi
Age: 25
# instance method 2 personal_choi.ageGroup() [Out]: 'under 30'
# instance method 3 personal_choi.FirstName() [Out]: CK
# instance method 4 personal_choi.LastName()
[Out]: Choi
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# instance personal_park = PersonalInfo('SJ Park', 33)
# get instance attribute personal_park.name [Out]: 'SJ Park'
# instance method 1
personal_choi.getPersonalInfo() [Out]: Name: SJ Park
Age: 33
# instance method 2 personal_park.ageGroup() [Out]: 'over 30'
# instance method 3 personal_park.FirstName() [Out]: SJ
# instance method 4 personal_park.LastName() [Out]: Park
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부모가 자식에게 재산을 상속하듯이, 클래스도 클래스가 다른 클래스에게 상속을 해줄 수 있습니다. 상속을 해주는 클래스를 부모 클래스(Parent Class) 혹은 기반 클래스(Base Class) 라고 하며, 상속을 받는 클래스를 자식 클래스(Child Class) 혹은 파생 클래스(Derived Class)라고 합니다. 도형으로 표기할 때는 바로 위 그림의 예시처럼 '자식 클래스'에서 시작해서 '부모 클래스'로 향하는 화살표를 그려줍니다.
부모 클래스를 생성한 후에 자식 클래스 이름 끝의 괄호() 안에 부모 클래스의 이름을 적어주면 자식 클래스가 부모 클래스의 모든 데이터 속성과 메소드를 유산으로 상속받아 부모 클래스처럼 역할을 할 수가 있습니다.
위의 그림 예) class ChildClass(ParentClass):
pass
위의 '3. 클래스는 어떻게 만드는가?'에서 들었던 예제 클래스 PersonalInfo 를 부모 클래스로 하고, 이를 상속받은 자식 클래스를 class ContactInfo(PersonalInfo): 로 아래에 만들어보겠습니다. 부모 클래스에서 상속받은 데이터 속성, 메소드 외에 def getContactInfo(self, cellphone, city): 로 인스턴스 메소드를 추가로 정의해주었습니다.
# Child(derived) class (inherits from PersonalInfo() parent(base) class) class ContactInfo(PersonalInfo): def getContactInfo(self, cellphone, city): print("Name:", self.name) print("Age:", self.age) print("Celluar Phone:", cellphone) print("City:", city) |
아래에는 contact_lee = ContactInfo('SH Lee', 41) 으로 위의 자식 클래스를 상세화한 contact_lee 라는 이름의 인스턴스 객체를 만들었습니다. 아래에 보시다시피 getPersonalInfo(), ageGroup(), FirstName(), LastName() 등의 부모 클래스에서 정의했던 인스턴스 메소드를 자식 클래스로 부터 생성한 인스턴스에서도 동일하게 사용할 수 있음을 알 수 있습니다.
contact_lee = ContactInfo('SH Lee', 41)
# instance method from Parent class contact_lee.getPersonalInfo() [Out]: Name: SH Lee
Age: 41
# instance method from Parent class contact_lee.ageGroup() [Out]: 'over 30'
# instance method from Parent class contact_lee.FirstName() [Out]: SH
# instance method from Parent class contact_lee.LastName() [Out]: Lee
# -- instance method from Child class contact_lee.getContactInfo('011-1234-5678', 'Seoul') [Out]: Name: SH Lee
Age: 41
Celluar Phone: 011-1234-5678
City: Seoul
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코드의 재사용성(reusability) 측면에서는 클래스와 함수가 유사한 측면도 있습니다만, 클래스와 함수는 엄연히 다릅니다. 클래스의 이해를 돕기 위해 마지막으로 한번 더 정리하는 차원에서 클래스와 함수의 차이점을 비교해보자면요,
- 클래스(class)는 같은 목적과 기능을 위해 '데이터 속성(변수)'과 '기능(함수)'를 결합해 놓은 집합체/그룹으로서, 객체 지향 프로그래밍에서 인스턴스 객체를 생성하는데 사용이 됩니다.
- vs. 함수(function)는 특정 기능/과업을 수행하는 코드 블록입니다. (A function is a unit of code devoted to carrying out a specific task)
클래스(class)가 함수(function) 보다 더 광범위한 개념이며, 함수는 클래스의 부분집합입니다.
많은 도움이 되었기를 바랍니다.
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[Reference]
1. '뇌를 자극하는 파이썬3', 박상현 지음, 한빛미디어
2. Object-Oriented Programming in Python 3, by Real Python
3. Object-Oriented Programming, Wikipedia
