python

파이썬의 모든 변수는 객체(Object) : C와의 차이점은?

Neil

Oct 1, 2018 • 7 min read

2019년에 작성한 글입니다. (https://www.binaryflavor.com/3)

파이썬은 파이썬만의 배우기 쉬운 문법때문에 잘 다루기 쉽다는 오해를 받습니다. 공식 문서를 꼼꼼히 살펴보면 파이썬의 구현을 잘 설명되어 있는데, 꽤 복잡한 구조로 구현이 되어 있음을 확인할 수 있습니다. 시간이 허락한다면 꼭 공식 문서를 읽어보시기 바랍니다.

C vs Python (Cpython)

/* C code */

int a = 1;
int b = 2;
int c = a + b;

위 코드는 C 코드의 일부분이며, 간단하게 두 변수를 선언, 초기화하고 덧셈 연산을 수행하는 코드 조각입니다. 이 프로그램을 실행한다면 아래와 같이 작동하게 됩니다.

int 4바이트 만큼의 메모리를 할당하고 a라는 이름을 붙인다 (컴퓨터는 a를 방금 할당한 메모리의 주소로 기억한다.)
변수 a 자리에 1을 저장한다. (0x5의 형태로 4바이트만큼 사용할 것이다.)
int 4바이트 만큼의 메모리를 다시 할당하고 b라는 이름을 붙인다.
변수 b 자리에 2를 저장한다. (0x5의 형태로 4바이트만큼 사용할 것이다.)
binary_add<int, int>(a, b) 를 호출한다.
int 4바이트만큼의 메모리를 다시 할당하고 c라는 이름을 붙인다.
호출한 함수의 결과값을 c 에 저장하게 된다.

위 코드와 같은 일을 하는 파이썬 코드입니다.

# python code

a = 1
b = 2
c = a + b

Python3의 인터프리터는 아래와 같이 작동하게 됩니다.

1 을 a 에 할당합니다.
1a. a->PyObject_HEAD->typecode 를 정수로 지정합니다.
1b. a->val = 1
2 를 b 에 할당합니다.
2a. b->PyObject_HEAD->typecode 를 정수로 지정합니다.
2b. b->val = 2
binary_add(a, b) 를 호출합니다.
3a. a->PyObject_HEAD 안의 typecode 를 찾습니다.
3b. a 가 정수이면 값은 a->val
3c. b->PyObject_HEAD 안의 typecode 를 찾습니다.
3d. b 가 정수이면 값은 b->val
3e. binary_add<int, int>(a->val, b->val) 을 호출합니다.
3f. 결과는 result 이며, 정수입니다.
파이썬 객체 c 를 생성합니다.
4a. c->PyObject_HEAD->typecode 를 정수로 지정합니다.
4b. c->val 을result 로 합니다.

파이썬은 객체의 타입을 명시적으로 지정하지 않고, 런타임에서 객체의 타입을 설정하도록 하는 동적 타이핑(Dynamic typing)을 보여주고 있습니다. 이런 이유로 파이썬은 정적 언어인 C와 달리 몇 가지 일들이 더 일어나게 됩니다. 같은 일을 하더라도 C가 파이썬보다 성능상 우위에 있음을 알 수 있습니다. 그래도 사람들이 파이썬을 쓰는 이유는 성능과 트레이드오프(Trade-off)할 수 있는 강력한 장점들(편의성, 성숙한 써드파티 라이브러리들 등)이 있기 때문입니다.

배열 성능을 극복하기 위한 방법, 넘파이 (vs 파이썬 `list`)

http://jakevdp.github.io/blog/2014/05/09/why-python-is-slow/

넘파이를 사용하는 가장 큰 이유는 메모리를 훨씬 더 효율적으로 사용하기 때문입니다.a

(참고) 메모리 관리 원칙

메모리 관리의 주체는 운영체제입니다.
운영체제는 메모리가 있는 한은 할당 요청을 거절하지 않습니다.
한 번 할당된 메모리 공간은 절대로 다른 목적을 위해 재할당되지 않습니다.
응용 프로그램이 할당된 메모리를 해제하면 운영체제는 이 공간을 빈 영역으로 인식하고 다른 목적을 위해 사용할 수 있도록 합니다.

`id()` 메소드

id(object)

객체의 아이덴티티를 리턴해줍니다. 객체의 수명 동안 유일하고 바뀌지 않음이 보장되는 정수입니다. 공식 문서에서는 “CPython implementation detail: This is the address of the object in memory.” 라고 명시되어 있습니다.

값의 비교

# 100
x = 100
y = 100
print(id(x), id(y))          # 4559940832 4559940832
print(x is y)                # True
print(x == y)                # True
print(id(100))               # 4559940832

# 200
x += 100
y += 100
print(id(x), id(y))          # 4559940832 4559940832
print(x is y)                # True
print(x == y)                # True
print(id(200))               # 4559940832

# 300 ([-5, 256] 바깥의 범위)
x += 100
y += 100
print(id(x), id(y))          # 4608180016 4608179952
print(x is y)                # False
print(x == y)                # True
id(300)                      # 4612495024

정수 객체 (int object ) 중 [-5, 256] 범위 내의 값을 가진 객체는 이미 만들진 객체를 참조하게 됩니다. 그 밖의 값을 갖는 경우 새로운 객체를 만들어서 참조하게 됩니다.

파이썬의 == 와 is 는 비슷해보이지만, 다른 행동을 하는 연산자입니다. == 는 객체의 값을 비교하는 연산자이며, is는 객체의 참조 (아이덴티티)를 비교하는 연산자입니다. -5부터 256의 범위 안에 있는 정수의 값을 갖는 객체는 처음에 이미 만들어진 유일한 같은 객체를 참조하게 됩니다. 그러나 그 범위를 벗어나게 되면 각각 새로운 객체를 만들어 참조하게 됩니다. 파이썬은 왜 이렇게 행동하는지, 아래의 개념을 통해 알 수 있습니다.

immutable한 자료형, mutable한 자료형

데이터 타입mutable?NumberimmutableStringimmutableTupleimmutableListmutableDictmutable

파이썬은 변수를 immutable, mutable 변수형으로 나눌 수 있습니다.

immutable : 객체를 생성한 후 객체의 값을 수정할 수 없다.
mutable : 객체를 생성한 후 객체의 값을 수정할 수 있다.

이를 통해 위의 id(x) 와 id(y)의 값이 계속 바뀌는지 알 수 있습니다.

(참고) 파이썬의 리터럴

mutable

리터럴 유형종류숫자 리터럴정수 리터럴, 실수 리터럴, 복소수 리터럴문자 리터럴
논리값 리터럴True, False특수 리터럴None컬렉션 리터럴리스트([ … ]), 튜플(( … )), 딕셔너리({key : value, …}), 셋({…})

Call by what?

지금까지의 내용을 이해했다면, 파이썬이 어떤 방식으로 함수에 인수를 전달하는지에 대해 쉽고 명확하게 이해할 수 있습니다. 파이썬은 “Call by object reference” 입니다.