21. (부록) 자료형 힌트#
21.1. 동적 타이핑 vs 정적 타이핑#
파이썬은 동적 타이핑dynamic typing을 지원하는 언어이다. 즉, 함수나 변수를 선언할 때 변수들의 자료형을 명시적으로 제한하지 않는다. 동적 타이핑 언어의 경우 프로그램 실행 과정에서 문제가 발생하지 않도록 프로그램을 작성해야 한다.
예를 들어 아래 add 함수를 보자.
def add(a, b):
result = a + b
return result
add 함수의 인자로 정수, 실수, 리스트, 문자열이 사용될 수 있다.
add(10, 5)
15
add([1, 2], [3])
[1, 2, 3]
add("저 ", "잠깐만요!")
'저 잠깐만요!'
하지만 두 인자가 동일한 자료형을 가져야 한다. 예를 들어, 숫자와 문자열의 덧셈은 작동하지 않는다. 이유는 숫자와 문자열의 덧셈이 정의되어 있지 않기 때문이다.
try:
add(10, "five")
except TypeError:
print("정수와 문자열은 서로 더할 수 없어요!")
정수와 문자열은 서로 더할 수 없어요!
반면에 C, Java 등 많은 프로그래밍 언어는 동적 타이핑 대신
정적 타이핑static typing을 지원한다.
즉, 함수나 변수를 선언할 때 사용되는 변수들의 자료형과 인자 및 반환값의 자료형을
항상 명시해야 하며 지정된 자료형이 사용되지 않을 경우 오류를 발생시킨다.
아래 코드는 C 언로 작성한 add() 함수이다.
int add(int a, int b) {
int result = a + b;
return result;
}
파이썬은 3.6 버전부터 정적 타이핑 형식을 옵션으로 지원한다.
다만 C, Java의 자료형과 관련된 엄격함은 전혀 존재하지 않으며,
그냥 정적 타이핑의 형식만 빌려왔다.
즉, 자료형 힌트type annotations를 지원할 뿐이며,
실제로는 동적 타이핑 방식을 사용한다.
예를 들어, add 함수를 아래와 같이 선언할 수 있다.
화살표 -> 오른쪽에 위치한 int 함수 반환값의 자료형을 명시함에 주의하라.
def add(a: int, b: int) -> int:
return a + b
21.2. 파이썬과 자료형 힌트#
파이썬이 자료형 힌트를 지원하기 시작했지만 겉모습에만 한정된다.
예를 들어 add() 함수가 자료형 힌트를 사용했다 하더라도
여전히 문자열이나 리스트를 인자로 사용할 수 있다.
print(add(10, 5))
print(add([1, 2], [3]))
print(add("저 ", "잠깐만요!"))
15
[1, 2, 3]
저 잠깐만요!
21.2.1. 자료형 힌트의 장점#
하지만 자료형 힌트가 형적적임에도 불구하고 여러 장점을 갖는다.
첫째, 코드에 사용된 객체들의 자료형에 대한 정보를 제공한다.
예를 위해, 먼저 벡터 자료형 Vector 를 실수들의 리스트 자료형으로 정의해보자.
이를 위해 typing 모듈의 List 클래스를 불러온다.
from typing import List
Vector = List[float]
이제 아래 두 개의 정의를 비교하면 둘째 정의가 보다 많은 정보를 제공함을 알 수 있다.
정의 1: 전통적 방식
def dot_product(x, y):
...
정의 2: 자료형 힌트
def dot_product(x: Vector, y: Vector) -> float:
...
말줄임표(...)
함수 본문에 사용되는 말줄임표 기호 ... 는 “앞으로 채워질 것이다” 정도의 의미로 이해하면 되며
pass 명령문과 비슷하게 작동한다.
단, pass 명령문은 “아무 것도 하지 않고 그냥 넘어간다” 를 가리키는 명령문이기에 원래의 의미는 다르다.
둘째, mypy 와 같은 패키지를 이용하면
파이썬 코드를 실행하기 전에 작성된 코드에 사용된 함수와 변수들이 모두
적절한 자료형을 사용했는지 여부,
즉 유형 검사를 실행할 수 있다.
하지만 여기서는 mypy 패키지를 사용하지 않으며, 관심이 있다면 mypy 공식 문서를 참조하기를 추천한다.
mypy 패키지 설치 및 활용
터미널에서 아래 명령문으로 mypy 패키지를 설치할 수 있다.
$ pip install mypy-ipython
주피터 노트북 또는 ipython 에서 mypy 명령문을 사용하려면 아래 매직 명령문으로 mypy를 불러온다.
%load_ext mypy_ipython
그런 다음 파이썬 코드를 작성하고 실행한 후에 아래 명령문을 실행하면 지금까지 작성한 코드를 대상으로 유형 검사type checking를 진행한다.
%mypy
예를 들어 아래 결과를 얻을 수 있다.
>>> a : int = 3.4
>>> %mypy
a : int = 3.4
error: Incompatible types in assignment (expression has type "float", variable has type "int")
Found 1 error in 1 file (checked 1 source file)
Type checking failed
셋째, 편집기의 자동완성 기능을 보다 적절하게 활용하게 해준다.
예를 들어, 구글 코랩, Visual Studio Code 등에서 아래 코드를 작성하다 보면
매개변수 xs가 정수들의 리스트를 입력받을 것으로 기대하며,
리스트의 메소드의 목록을 보여주며 코드 작성을 도와준다.
21.2.2. 자료형 힌트 사용법#
int, bool, float, str 등의 기초 자료형은 그대로 사용한다.
a : int = 3
b : bool = True
c : float = 3.14
s : str = "python"
반면에 list 라고 단순히 언급하는 것은 별 도움 않된다.
이유는 리스트 항목의 자료형을 알 수 없기 때문이다.
def total(xs: list) -> float:
return sum(xs)
대신에 어떤 자료형의 값으로 구성된 리스트인지 명시하면 보다 많은 정보를 전달한다.
def total(xs : List[float]) -> float:
return sum(xs)
경우에 따라 변수의 자료형이 명확하지 않을 수 있다. 예를 들어, 아래 두 변수는 어떤 종류의 리스트인지 명확하지 않다.
values = []
하지만 자료형을 명시하면, 현재는 비어 있는 리스트이지만 앞으로 정수가 추가될 것임을 암시한다.
values : List[int]= []
values.append(3)
values.append(5)
values
[3, 5]
아래의 경우는 애매함이 더욱 심하다.
best_so_far = None
None은 ‘아무 값도 아니다’를 가리키는 ‘값’이다.
하지만 이런 경우는 나중에 다른 값을 가리키는 변수를 미리 선언해 놓기 위해
사용되곤 한다.
따라서 앞으로 지정될 값의 자료형을 미리 암시해줄 필요가 있다.
이를 위해 Optional 을 List 와 유사한 방식으로 사용한다.
예를 들어 아래 코드는 앞으로 부동소수점을 할당할 것이라고 암시한다.
from typing import Optional
best_so_far: Optional[float] = None
21.3. typing 모듈#
typing 모듈은 List, Optional 이외에도 타이핑 힌트에 사용될 수 있는 다른 많은 자료형을 포함한다.
여기서는 그중에 일부만 다룰 예정이다.
다음은 사전, 이터러블, 튜플의 자료형 힌트를 불러온다.
from typing import Dict, Iterable, Tuple
counts변수는 문자열을 키(key)로, 정수를 키값으로 사용하는 사전 자료형을 가리킨다.
counts: Dict[str, int] = {'data': 1, 'science': 2}
counts['data']
1
evens변수는 0부터 9사이의 짝수들의 리스트에 해당하는 이터레이터를 가리킨다.
evens: Iterable[int] = (x for x in range(10) if x % 2 == 0)
next(evens)
0
next(evens)
2
triple변수는 정수, 실수, 정수 세 개의 값을 갖는 튜플을 가리킨다.
triple: Tuple[int, float, int] = (10, 2.3, 5)
triple[1]
2.3
21.3.1. 함수의 자료형: Callable#
파이썬에서 함수는 1종 객체이다.
즉, 함수의 인자 또는 반환값으로 함수를 입력할 수 있다.
따라서 함수의 자료형도 명시할 수 있어야 하며,
이를 위해 호출가능한 이라는 의미의 Callable 자료형을 사용한다.
from typing import Callable
def twice(repeater: Callable[[str, int], str], s : str, n : int) -> str:
return repeater(s, n)
twice() 함수에 사용된 세 개의 매개변수가 기대하는 입력값의 자료형은 다음과 같다.
repeater: 문자열(str) 과 정수(int) 두 개의 인자를 받으며, 반환값은 문자열str인 함수를 인자로 받음.s: 문자열을 인자로 받음.n: 정수를 인자로 받음.
예를 들어, 아래 comma_repeater() 함수를 twice 함수의 인자로 사용해보자.
def comma_repeater(s: str, n: int) -> str:
n_copies = [s for _ in range(n)]
return ', '.join(n_copies)
comma_repeater() 함수는 주어진 정수 만큼 주어진 문자열을 복제하여 이어붙인다.
단, 복제된 문자열은 쉼표로 분리한다.
comma_repeater("type hints", 3)
'type hints, type hints, type hints'
twice(comma_repeater, "type hints", 3)는
comma_repeater("type hints", 3)의 반환값을 반환한다.
twice(comma_repeater, "type hints", 3)
'type hints, type hints, type hints'
21.3.2. 자료형 객체#
자료형 힌트에 사용된 자료형들 자체도 1종 객체이며, 따라서 변수에 할당될 수 있다. 예를 들어, 복잡한 자료형에 단순한 이름을 지정할 수 있다.
아래 코드는 정수들의 리스트에 해당하는 자료형을 Numbers 라고 보다 단순한 이름으로 지정한다.
Numbers = List[int]
그러면 정수 리스트에 포함된 항목들의 합을 반환하는 함수를 다음과 같이 단순한 자료형 힌트를 이용하여 정의할 수 있다.
def my_sum(xs: Numbers) -> int:
return sum(xs)
my_sum([1, 2, 3, 4, 5])
15