상속

2. 상속#

슬라이드

본문 내용을 요약한 슬라이드를 다운로드할 수 있다.

2.1. 상속이란?#

클래스를 선언할 때 다른 클래스의 속성과 메서드를 상속inheritance해서 활용할 수 있다. 상속을 받는 클래스를 자식 클래스 또는 하위 클래스, 상속을 하는 클래스를 부모 클래스 또는 상위 클래스라고 부른다.

상속을 이용하여 클래스를 정의하는 방식은 다음과 같다.

class 자식클래스(부모클래스):
    클래스 본문

2.2. 모음 자료형의 상속 체계#

아래 그림은 파이썬 모음 자료형의 상속 체계를 보여준다. 예를 들어, list 클래스는 Sequence 클래스를 상속하며, Sequence는 Collection 클래를 상속한다. 이렁 이유로 “리스트는 순차Sequence 자료형이다” 등으로 말한다. 이와 달리 항목들의 순서를 고려하지 않는 dict와 set 은 순차 자료형이 아니다.

<그림 출처: Problem Solving with Algorithms and Data Structures using Python의 1.13 절>

list, tuple, str 클래스 모두 Sequence 클래스를 상속하기에 인덱싱, 슬라이싱 등 자신들의 항목을 다루는 공통된 방식을 갖는다. 반면에 각 자료형은 고유의 메서드도 제공한다. 이렇듯 한 클래스의 여러 자식 클래스는 서로 공통된 요소와 함께 각 자식 클래스 고유의 요소를 갖는다.

클래스를 상속할 때의 가장 큰 장점은 다음과 같다.

  • 첫째, 기존에 작성된 코드를 필요에 따라 수정하고 재활용 할 수 있다.

  • 둘째, 자식 클래스의 인스턴스들 사이의 관계를 보다 잘 이해할 수 있다.

여기서는 Vector 클래스를 선언할 때 상속을 어떻게 활용하는지 보여준다.

2.3. Vector 클래스#

벡터는 정수 또는 부동소수점으로 이루어진 리스트와 유사한 모음 자료형이다. Numpy의 1차원 어레이array가 대표적인 벡터 자료형이다. 벡터는 벡터 자체의 길이, 내적 등 리스트와는 다른 속성과 기능을 제공한다.

벡터 내적

길이(항목의 개수)가 동일한 두 벡터의 내적은 동일한 위치의 두 항목의 곱셈의 합이다. 예를 들어 [2, 3, 4] 와 [5, 6, 9] 두 벡터의 내적은 다음과 같다.

2 * 5 + 3 * 6 + 4 * 9

Vector 클래스 선언

아래 코드는 list 클래스를 상속하면서 벡터 내적 연산을 지원하는 Vector 클래스를 정의한다.

  • super().__init__(): 부모 클래스의 생성자 호출. 자식 클래스의 생성자를 호출할 때 호출되면 부모 클래스의 속성과 메서드를 모두 상속받음.

  • dot() 메서드: 추가되는 메서드. 두 벡터의 내적 반환.

  • len 속성: 추가되는 인스턴스 속성. 벡터의 길이.

class Vector(list):
    # Vector 클래스 생성자 재정의
    def __init__(self, items):
        """
        - list 클래스 상속
        - items: 벡터로 사용될 리스트
        """
        
        # 부모 클래스 생성자 호출
        super().__init__(items)
        
        # 속성 추가
        self.len = self.__len__()
            
    # 내적 메서드
    def dot(self, other):
        """
        벡터 내적
        """

        # 벡터의 길이가 다르면 실행 오류 발생
        if self.len != other.len:
            raise RuntimeError("두 벡터의 길이가 달라요!")

        # 내적 계산: 각 항목들의 곱의 합
        # 리스트를 상속하기에 인덱싱 사용 가능
        sum = 0
        for i in range(self.len):
            sum += self[i] * other[i]

        return sum

벡터 객체 활용

두 개의 벡터를 생성하자.

x = Vector([2, 3, 4])
y = Vector([5, 6, 9])

__str__() 등 리스트의 모든 매직 메서드와 append() 등의 다른 모든 메서드, 그리고 인덱싱, 슬라이싱 등 리스트의 모든 기능을 활용할 수 있다.

  • __str__() 메서드 지원

print(x)

[2, 3, 4]

  • 내적: 내적 연산도 잘 작동함

x.dot(y) # 2*5 + 3*6 + 4*9

64

2.4. 메서드 재정의#

부모 클래스로부터 상속 받은 인스턴스 메서드의 일부를 재정의해야 하는 경우가 발생할 수 있다.

2.4.1. append(), pop() 메서드 재정의#

append() 메서드도 잘 작동한다.

x.append(5)
x

[2, 3, 4, 5]

그런데 벡터에 포함된 항목의 수, 즉 len 속성의 값이 4로 변하지 않는다.

x.len

3

반면에 리스트의 __len__() 메서드는 정상적으로 작동한다.

x.__len__()

4

__len__() 메서드를 활용하는 len() 함수도 동일하게 잘 작동한다.

len(x)

4

len 속성이 변경된 항목의 개수를 제대로 반영하지 못하는 이유는 벡터의 항목이 변할 때 항목의 개수를 재확인해주지 않기 때문이다.

이 문제를 해결하려면 append(), pop() 등 항목의 개수에 영향을 주는 메서드가 실행되면 자동으로 항목의 수를 조정하도록 해야 한다. 여기서는 예시를 위해 상속받은 append()와 pop() 두 메서드를 재정의 한다.

class Vector(list):
    # Vector 클래스 생성자 재정의
    def __init__(self, items):
        """
        - list 클래스 상속
        - items: 벡터로 사용될 리스트
        """
        
        # 부모 클래스 생성자 호출
        super().__init__(items)
        
        # 속성 추가
        self.len = self.__len__()
            
    # 내적 메서드
    def dot(self, other):
        """
        벡터 내적
        """

        # 벡터의 길이가 다르면 실행 오류 발생
        if self.len != other.len:
            raise RuntimeError("두 벡터의 길이가 달라요!")

        # 내적 계산: 각 항목들의 곱의 합
        # 리스트를 상속하기에 인덱싱 사용 가능
        sum = 0
        for i in range(self.len):
            sum += self[i] * other[i]

        return sum
    
    # append() 메서드 재정의
    def append(self, item):
        super().append(item)  # 부모 클래스의 append() 메서드 호출
        self.len = self.__len__() # 항목 수 다시 확인

    # pop() 메서드 재정의
    def pop(self, idx=-1):
        popped = super().pop(idx) # 부모 클래스의 pop() 메서드 호출
        self.len = self.__len__() # 항목 수 다시 확인
        return popped

다시 두 개의 벡터를 생성하자.

x = Vector([2, 3, 4])
y = Vector([5, 6, 9])

  • append() 메서드 (다시)

x.append(5)
x

[2, 3, 4, 5]

이제 벡터의 길이가 달라진게 확인된다.

x.len

4

x.__len__()

4

len(x)

4

  • pop() 메서드

x.pop()

5

x

[2, 3, 4]

x.pop(1)

3

x

[2, 4]

벡터의 길이도 달라진다.

x.len

2

x.__len__()

2

len(x)

2

인덱싱/슬라이싱

인덱싱, 슬라이싱 등 재정의 되지 않은 리스트의 다른 기능은 동일하게 작동한다.

  • 인덱싱

x[0]

2

  • 슬라이싱

x[:2]

[2, 4]

외부 함수 선언: 메서드 활용

len(x) 을 실행하면 실제로는 x.__len__() 이 실행된다. 이처럼 자주 활용되는 메서드를 일반 함수로 선언해서 활용하면 편리할 수 있다. 예를 들어, 벡터의 내적을 자주 계산하는 경우가 그렇다.

아래 dot() 함수는 벡터 인자에 대해서만 작동하도록 구현되었다.

def dot(x, y):
    assert isinstance(x, Vector) and isinstance(y, Vector)
    
    return x.dot(y)

x.append(7)
x

[2, 4, 7]

dot(x, y)

97

정의된 대로 실제로는 Vector 클래스의 dot() 메서드가 실행된다.

x.dot(y) == dot(x, y)

True

2.4.2. __add__() 매직 메서드 재정의: 벡터 합#

넘파이 어레이의 경우처럼 길이가 동일한 두 벡터의 합(+)을 항목별 합으로 정의하려 한다. 그러려면 __add__() 매직 메서드를 재정의해야 한다.

class Vector(list):
    # Vector 클래스 생성자 재정의
    def __init__(self, items):
        """
        - list 클래스 상속
        - items: 벡터로 사용될 리스트
        """
        
        # 부모 클래스 생성자 호출
        super().__init__(items)
        
        # 속성 추가
        self.len = self.__len__()
            
    # 벡터 합 메서드 재정의
    def __add__(self, other):
        """
        벡터 합
        """

        # 벡터의 길이가 다르면 실행 오류 발생
        if self.len != other.len:
            raise RuntimeError("두 벡터의 길이가 달라요!")

        # 벡터 합 계산: 각 항목들의 합으로 이루어진 벡터
        new_list = []
        
        for i in range(self.len):
            item = self[i] + other[i]
            new_list.append(item)

        return Vector(new_list)

    # append() 메서드 재정의
    def append(self, item):
        super().append(item)  # 부모 클래스의 append() 메서드 호출
        self.len = self.__len__() # 항목 수 다시 확인

    # pop() 메서드 재정의
    def pop(self, idx=-1):
        popped = super().pop(idx) # 부모 클래스의 pop() 메서드 호출
        self.len = self.__len__() # 항목 수 다시 확인
        return popped
    
    # 내적 메서드
    def dot(self, other):
        """
        벡터 내적
        """

        # 벡터의 길이가 다르면 실행 오류 발생
        if self.len != other.len:
            raise RuntimeError("두 벡터의 길이가 달라요!")

        # 내적 계산: 각 항목들의 곱의 합
        # 리스트를 상속하기에 인덱싱 사용 가능
        sum = 0
        for i in range(self.len):
            sum += self[i] * other[i]

        return sum
    
# dot 함수도 새로 정의해야 함.
def dot(x, y):
    assert isinstance(x, Vector) and isinstance(y, Vector)
    
    return x.dot(y)

클래스를 수정하면 인스턴스를 새로 생성해야 변경된 내용이 반영된다.

x = Vector([2, 3, 4])
y = Vector([5, 6, 9])

이제 벡터의 합이 원하는 대로 지원된다.

x + y

[7, 9, 13]

2.5. 연습문제#

참고: (실습) 상속

Contents