Python 클래스·인스턴스와 객체 설계

01class 문도 실행되어 클래스 객체를 만든다

• classPython의 class 문은 내부 이름 공간에서 정의를 실행하고 클래스 객체를 만든다.
• 객체로서의 클래스클래스 자체도 객체이므로 변수에 넣거나 다른 함수로 전달할 수 있다.
• 인스턴스·클래스인스턴스는 그 클래스를 바탕으로 만들어진 개별 객체다.
• 인스턴스객체와 인스턴스를 주소를 저장한 껍데기와 실제 메모리 공간이라는 별개의 두 물건으로 반드시 나누어 설명하는 것은 Python의 일반 용어와 맞지 않는다.
• 클래스 호출과 생성클래스를 호출하면 생성 과정이 시작된다.
• __new____new__가 객체 생성에 관여하고, 일반적인 경우 새 인스턴스에 대해 __init__가 초기화를 수행한다.
• __init____init__는 다른 반환 객체를 만들어 내는 공장 함수가 아니라 초기 상태를 설정하는 메서드이며 None을 반환해야 한다.
• 인스턴스·self각 인스턴스에 필요한 상태는 self.name처럼 해당 인스턴스에 저장한다.

02self와 bound method를 실제 호출로 읽기

• 클래스·인스턴스클래스 안의 일반 함수를 인스턴스에서 가져오면 인스턴스와 함수가 연결된 bound method가 된다.
• device.label()device.label()은 일반적인 경우 Device.label(device)와 같은 인자 관계를 갖는다.
• selfself는 예약 키워드가 아니라 첫 매개변수의 관례적 이름이며 메서드가 자신을 호출한 인스턴스에 접근할 통로다. self를 빼고 인자 없는 함수처럼 정의하면 호출할 때 자동 전달된 인스턴스를 받을 수 없어 오류가 날 수 있다.
• 공유 메서드·개별 상태아래 두 Device는 클래스 정의와 메서드는 공유하지만 각기 다른 name 속성을 가진다.
• a.labela.label을 변수에 저장해 나중에 호출해도 a에 연결된 메서드라는 관계가 유지된다.
• 동작과 상태의 결합클래스의 기능과 개별 객체 상태를 함께 묶는 이유가 이런 호출 구조에 있다.

class Device:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def label(self):
        return "device:" + self.name

a = Device("router")
b = Device("switch")
print(a.label(), Device.label(b))
# device:router device:switch

코드 동작을 설명하는 교육 예시. 주석의 결과는 언어 규칙으로 설명한 예상값이며 이 페이지 작성 중 실행하지 않았다.

03클래스 속성·인스턴스 속성과 공유 list

• 클래스·속성클래스 본문에 선언한 속성은 클래스 객체에 속한다.
• 인스턴스·속성인스턴스에서 일반 속성을 찾을 때 인스턴스와 클래스 계층의 조회 규칙을 거치므로 인스턴스에 같은 이름이 없으면 클래스 속성이 보일 수 있다.
• 인스턴스·self인스턴스에서 self.kind = 값을 대입하면 보통 그 인스턴스의 속성이 만들어져 클래스 값을 가린다.

  • 그러나 self.items.append처럼 이미 조회한 공유 list 내부를 바꾸면 모든 인스턴스가 영향을 볼 수 있다.
• __init__·self서로 독립된 목록이 필요하면 __init__ 안에서 self.items = []를 매번 생성한다.
• 클래스 속성클래스 속성을 C/Java의 static과 비슷한 용도로 쓸 수는 있지만 정확한 속성 조회·재대입 규칙까지 동일하다고 가정하지 않는다.
• propertyproperty 같은 descriptor가 있으면 단순한 dict 조회보다 추가 동작을 수행한다.

class Bag:
    shared = []
    def __init__(self):
        self.own = []

a, b = Bag(), Bag()
a.shared.append("x")
a.own.append("y")
print(b.shared, b.own)  # ["x"] []

코드 동작을 설명하는 교육 예시. 주석의 결과는 언어 규칙으로 설명한 예상값이며 이 페이지 작성 중 실행하지 않았다.

04property는 속성 접근 문법에 검증을 연결한다

• property·getter@property를 붙인 getter는 obj.name처럼 읽을 때 호출되고 @name.setter는 같은 속성에 대입할 때 호출된다.
• 속성·클래스외부 사용자는 괄호 없는 속성 문법을 유지하면서 클래스 내부에서 검증이나 계산을 추가할 수 있다.
• self생성 시에도 self.name = value처럼 setter 경로를 사용하면 초기화와 변경이 같은 검증을 거친다.
• 내부 속성 이름_name의 밑줄 하나는 내부 사용이라는 관례이지 외부 접근을 물리적으로 막는 보안 경계가 아니다.
• 상속__name은 이름 맹글링을 통해 상속 시 충돌을 줄일 수 있지만 악의적인 코드에서 절대 읽을 수 없는 private 저장소가 되지는 않는다.
• propertyproperty로 정상 API의 불변 조건을 지키는 것과 같은 프로세스의 다른 코드를 보안상 격리하는 것은 다른 문제다.

class Device:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    @property
    def name(self):
        return self._name
    @name.setter
    def name(self, value):
        if not isinstance(value, str) or not value.strip():
            raise ValueError("name must be nonempty text")
        self._name = value

d = Device("router")
print(d.name)   # router
# d.name = "" 는 ValueError를 발생시킨다.

코드 동작을 설명하는 교육 예시. 주석의 결과는 언어 규칙으로 설명한 예상값이며 이 페이지 작성 중 실행하지 않았다.

08인스턴스·클래스·정적 메서드의 자동 인자

• self·인스턴스일반 메서드는 self로 인스턴스를, @classmethod는 cls로 클래스를 자동 전달받는다.
• 대체 생성자클래스 메서드는 다른 입력 형식에서 인스턴스를 만드는 대체 생성 경로에 유용하다.
• staticmethod·self@staticmethod는 self나 cls를 자동 전달받지 않는 함수이며 클래스와 논리적으로 관련된 계산을 묶는 데 쓸 수 있다.
• 정적 메서드의 부작용정적 메서드라고 반드시 순수하거나 외부 상태를 변경할 수 없는 것은 아니다.
• classmethodclassmethod에서 고정된 부모 이름 대신 cls(...)를 사용하면 자식 클래스에서 호출했을 때 해당 클래스를 만드는 흐름을 구성할 수 있다.

  • 다만 상속한 생성자의 인자 규약이 맞아야 한다.
• 자동 인자자동 인자가 무엇인지 이해하면 장식자 이름만 외우는 것보다 호출 오류를 정확히 설명할 수 있다.

class Endpoint:
    def __init__(self, host, port):
        self.host, self.port = host, port
    @classmethod
    def from_text(cls, text):
        host, port = text.rsplit(":", 1)
        return cls(host, int(port))
    @staticmethod
    def valid_port(port):
        return 1 <= port <= 65535

e = Endpoint.from_text("server.example:22")
print(e.host, e.port)  # server.example 22

코드 동작을 설명하는 교육 예시. 주석의 결과는 언어 규칙으로 설명한 예상값이며 이 페이지 작성 중 실행하지 않았다.

09상속·다형성·super와 객체 조합

• 상속·클래스상속은 기반 클래스의 인터페이스와 동작을 확장하거나 재정의하는 방식이다.
• 다형성같은 이름의 메서드를 가진 서로 다른 객체를 같은 호출 코드에서 사용할 수 있는 것이 다형성의 한 예다.
• Duck typingPython은 특정 부모 클래스만 고집하기보다 필요한 동작을 제공하는 객체를 받는 duck typing도 널리 사용한다.
• 속성객체가 다른 객체를 속성으로 보유하고 기능을 위임하는 조합은 상속과 다른 재사용 방식이다.
• supersuper()는 단순히 소스에 적힌 부모 하나를 무조건 호출하는 표현이 아니라 메서드 해석 순서 MRO에 따라 다음 구현을 찾는다.
• 다중 상속의 협력다중 상속에서는 협력적인 인자 전달과 각 구현의 super 호출이 중요하다.
• __init__자식에서 __init__를 다시 정의하면 필요한 기반 초기화를 명시적으로 이어야 한다.
• Is-a와 Has-a모든 관계를 상속으로 표현하기보다 is-a 관계와 has-a 관계를 구별한다.

10dunder·__dict__·__slots__·자원 수명

• __str____str__은 문자열 표현, __len__은 len(), __iter__와 __next__는 반복 규약처럼 특별 메서드는 Python 연산과 연결되는 사용자 정의 확장 지점이다.

  • 사용자가 정의할 수 없는 내부 전용 함수라고 보면 안 된다.
• 클래스·인스턴스일반 사용자 클래스는 인스턴스 __dict__로 동적 속성을 저장할 수 있지만 모든 내장형과 모든 클래스가 이를 갖는 것은 아니다.
• __slots__·속성__slots__는 지정된 속성 저장을 선언하고 경우에 따라 인스턴스 dict를 생략해 공간을 줄인다.
• 상속과 __slots__ 조건기반 클래스가 dict를 제공하거나 slots에 __dict__를 포함하는 등 상속 조건에 따라 결과가 달라지므로 항상 모든 동적 속성이 금지된다고 일반화하지 않는다.
• __del__del name은 이름 연결 제거이며 객체의 즉시 파괴와 __del__ 호출을 언어 전체에서 보장하지 않는다. 파일·소켓 정리는 __del__ 시점에 맡기기보다 with나 명시적 close로 수명을 정한다.

11캡슐화와 검증

• 내부 이름과 맹글링밑줄로 시작하는 이름이나 이름 맹글링은 내부 사용 의도를 표현하고 충돌을 줄이는 수단이다.

  • 악의적인 코드의 접근을 막는 보안 경계로 취급하지 않는다.
• 객체 불변 조건객체가 유효한 상태를 유지하도록 생성과 변경 지점에서 검증한다.

class Inventory:
    def __init__(self, names):
        self.names = list(names)

    def count(self):
        return len(self.names)

print(Inventory(["router", "switch"]).count())

입력 목록을 복사해 인스턴스별 상태를 만들고 개수를 조회한다.

12인스턴스 두 개가 같은 목록을 보게 되는 이유

• 가변 클래스 속성클래스 본문에 items = []를 두면 그 목록은 클래스 속성으로 저장된다.
• 클래스 속성 조회인스턴스 p와 q가 자기 items 속성을 따로 갖지 않을 때 p.items와 q.items는 클래스 쪽 목록을 찾아 같은 객체를 볼 수 있다.
• 공유 리스트 변경p.items.append("a")는 속성 이름을 새로 만드는 것이 아니라 조회된 그 목록을 바꾸므로 q에서도 변화가 보인다.
• 상태의 실제 소유자상태가 각 인스턴스의 것이라고 생각했지만 실제로는 클래스에 놓인 공유 객체였던 경우다.
• 인스턴스·__init__인스턴스마다 목록이 필요하면 __init__에서 self.items = []처럼 개별 속성을 초기화한다.
• 인스턴스 속성p.items = []는 p에 인스턴스 속성을 설정해 일반적인 조회에서 클래스 속성을 가리지만 q가 보는 클래스 목록을 지우지 않는다.
• 단순 속성 조회의 전제실제 Python 속성 조회에는 descriptor와 property 등의 규칙도 있으므로 여기서는 그런 기능이 없는 단순 클래스 사례를 다룬다.
• self메서드에서 self를 받는다는 사실만으로 모든 사용 데이터가 인스턴스별로 복제되는 것은 아니다.

1. 클래스 목록 생성class 본문의 items=[]가 실행되어 클래스 속성이 목록 하나를 참조한다. 인스턴스 p와 q를 만들되 각각의 items 속성은 아직 설정하지 않았다고 가정한다.
2. p의 속성 조회일반적인 속성 조회에서 p 자체에 items가 없으면 클래스의 items를 찾는다. 이 사례에서 p.items는 클래스가 보관한 목록을 참조한다.
3. 목록 자체 변경p.items.append("a")는 조회한 목록을 변경한다. p.items에 새 값을 대입하는 동작과 다르므로 p 전용 목록을 만들지 않는다.
4. q의 속성 조회q에도 자체 items가 없으므로 같은 클래스 목록을 찾고 ["a"]를 보게 된다. 인스턴스별 목록이 필요하면 생성 시 self.items에 별도 목록을 연결한다.

13객체가 책임지는 상태와 자원 구분하기

• 속성객체 두 개의 속성 값을 출력하는 데 그치지 말고 변경되는 자료의 동일성과 저장 위치를 확인한다.
• 클래스 속성클래스 속성의 불변 설정은 공유해도 적절할 수 있지만 연결·파일·가변 캐시처럼 수명이 있는 자원은 생성·소유·정리 책임을 명확히 해야 한다.
• 객체 간 상태 공유한 객체를 닫았는데 다른 객체도 실패한다면 같은 연결을 공유하는지 살펴본다.
• 연결 객체의 공유목록을 복사해도 목록 안에 든 연결 객체까지 독립적으로 생성되는 것은 아니다.
• 상속상속으로 메서드를 바꿀 때는 호출자가 기대하는 입력·출력과 오류 계약을 지켜야 한다.
• 객체 합성과 대체 가능성연결 기능을 별도 객체로 받아 사용하는 합성은 가짜 응답을 넣어 처리 로직을 확인하는 데도 도움이 된다.
• propertyproperty는 접근을 메서드로 제어할 수 있지만 외부 악성 코드에 대한 보안 격리는 아니다.

  • 밑줄이나 이름 맹글링도 의도 전달과 충돌 회피의 도구다.
• 객체의 책임 범위클래스가 크고 많은 전역 상태를 대신 갖고 있다면 관련 없는 책임이 한 객체에 모였는지 검토한다.