[python] 객체(Object)와 참조(Reference)

객체(Object)와 참조(Reference)

객체(Object)

다음 코드 ①은 단순히 숫자를 입력한 것입니다.

3  # ①

3

그러나 코드 ①로 생성된 3은 실행 후에 다시 호출할 수 없습니다. 반면에 다음 코드 ②는 할당 연산자 '='를 사용하여 왼쪽의 이름에 오른쪽의 값을 할당한 것으로 3을 호출할 수 있는 이름이 존재합니다. 즉, x를 사용하여 3을 호출할 수 있습니다.

특정한 동작을 일으키는 기호를 연산자(operator)라고 하며 등호(=)의 경우 오른쪽의 값을 왼쪽에 할당한다는 의미로 할당연산자(assignment operator)라고 합니다.

x=3 #②
x

3

코드 ③은 코드 ②값과 다른 값의 합의 결과를 y에 할당한 것입니다.

y=x+7 #③
y

10

위 코드 ①과 ②의 차이는 코드 ③에서와 같이 재사용 여부에 있습니다. 즉, '3'이라는 숫자에 이름을 부여하여 재사용 할 수 있습니다. 이와 같이 파이썬 코드에 의해 생성되어 저장된 상태로 재사용이 가능한 대상을 객체(object)라고 합니다. 즉, 다음 그림 1과 같이 객체는 저장된 데이터를 가리키는 이름과 연결된 상태(참조상태)입니다.

위 코드 ②의 할당 과정은 메모리에 저장된 3이라는 숫자에 이름 x를 부여한 것이라고 할 수 있습니다. 자세히 소개하면 x와 3의 저장 위치는 다르며 x는 값 3의 저장 위치값을 가지고 있습니다. 그러므로 연산자 "="는 왼쪽과 오른쪽이 같다는 의미가 아니고 오른쪽 값을 왼쪽에 할당한다것을 의미합니다. 단순하게 생각하면 파이썬은 메모리를 두 종류로 구분하여 사용합니다. 하나는 실제 데이터들이 저장되는 공간이고 다른 하나는 코드 ②와 ③같이 부여된 이름들을 저장하는 이름공간(namespace)입니다. 그림 1과 같이 코드 ②의 이름 x는 이름공간에 위치하며 데이터 공간의 값 3과 연결(binding)되는 것으로 이 관계를 참조(reference)라고 표시 합니다. 결과적으로 파이썬에서 할당은 참조를 의미합니다.

그림 1. 이름공간과 참조.

참조(Reference)

객체에 부여되는 이름은 이름공간(namespace)이라는 별도의 메모리 공간에 저장되어 있습니다. 사용자가 데이터에 이름을 부여하면 파이썬은 객체의 이름을 이름공간에 저장하고 다른 공간에 저장된 데이터와 연결합니다. 다음 코드의 경우 그림 2에서 나타낸 것과 같이 객체 이름 y는 다른 공간에 저장된 10이라는 정수를 연결(binding)합니다. 즉, y는 10을 참조(reference) 합니다.

이러한 참조 방식으로 같은 데이터(값)를 나타내는 여러개의 객체를 생성할 경우 실제로 데이터는 하나의 데이터만이 생성되기 때문에 메모리 관리면에서 효율적이지만 이름공간의 y가 실제 값 10을 호출하기 위한 시간이 필요하므로 y와 10이 같은 위치에 존재하는 방식에 비해 처리 속도면에서 불리합니다.

다음 코드는 10을 참조하는 y를 다른 이름의 z에 재할당한 것입니다. 결과적으로 그림 2와 같이 y와 z은 같은 값과 연결되어 있습니다.

z=y
z

10

다음 코드의 세미콜론(;)은 명령의 종결을 의미합니다. 그러므로 "10을 y에 할당"과 "y를 호출"하는 명령을 분리하기 위해 사용한것입니다.

y=10; y

10

y	→	10
		↑
		z
그림 2. 동일한 객체의 참조.

y와 z이 같은 데이터를 참조한다는 것은 각 이름과 연결된 객체가 같은 주소임을 의미합니다. 이것은 이름 객체가 참조하는 데이터(객체)의 위치를 반환하는 내장함수인 id()에 의해 확인할 수 있습니다.

id(y), id(z)

(140715628532808, 140715628532808)

컴퓨터 램위에 데이터의 저장 위치는 랜덤으로 결정되므로 id()의 결과는 다를 수 있습니다.

변수 z에 다른 객체를 참조시킨다면 변수 y만이 객체 10을 참조하게 됩니다(그림 3).

z=19
id(z)

140715628533096

y	→	10
y	→	19
그림 3. 객체들의 참조.

당연히 변수 y에 다른 값을 할당하면 객체 10을 참조하는 갯수인 참조수는 0이 됩니다(그림 4).

y=1
id(y)

140715628532520

y	→	1
		10
y	→	19
그림 4. 참조의 변경

다음 코드의 객체 a와 같이 대괄호 내에 여러개의 값들을 입력하여 하나의 객체로 구성할 수 있습니다. 이러한 객체를 리스트(list)라고 합니다. 다음 코드에서 리스트 객체 [1, 2, 3]을 이름 객체 a에 할당한것과 그 객체 자체의 참조 위치의 같음을 알아보기 위해 연산자 ==를 사용했습니다.

a=[1, 2, 3]
id(a)==id([1, 2, 3])

False

위 결과는 a에 연결된 리스트와 리스트 자체는 다른 것임을 알려줍니다. 이 결과는 다음 코드의 객체 x와 같이 하나의 데이터를 참조하는 경우와 다릅니다. 다음 코드의 객체 3은 메모리에 가장 근원적으로 저장되는 값으로 리터럴(literal)이라고 합니다. 이러한 단일 값(객체)의 참조위치는 이름 객체 x에 가리키는 위치와 같습니다. 그러나 여러값들로 구성되는 리스트는 각각의 값(리터럴)과 연결된 것으로 그림 5와 같이 이중적인 연결구조를 가집니다.

리터럴(literal)은 메모리에 입력되는 원시데이터(raw data), 즉 자신을 참조하는 객체를 의미합니다.

x=3
id(x)==id(3)

True

리스트와 같이 1개 이상의 값을 가진 객체를 생성할 경우 왼쪽의 첫번째 요소부터 0, 1, 2, ... 등의 식별자가 자동으로 할당됩니다. 이 식별자를 각 요소의 인덱스(index)라고 하며 이것을 사용하여 각 값을 개별적으로 호출할 수 있습니다. 예를 들어 a[0]은 1을 참조합니다.

리스트 [1,2,3]은 이름공간의 객체 a와 연결된 것입니다. 다음 코드는 리스트 객체 a와 리스트 자체인 [1, 2, 3]의 각 요소들의 참조 위치를 나타낸 것입니다.

id(a[0]), id(a[1]), id(a[2])

(140715628532520, 140715628532552, 140715628532584)

for i in [1,2,3]:
    print(f'{i}의 id: {id(i)}')

1의 id: 140715628532520
2의 id: 140715628532552
3의 id: 140715628532584

위 코드에서 사용된 for 문은 반복문으로 리스트 객체의 각 요소를 순차적으로 반환하기 위해 사용합니다(반복문 참조). 또한 위 코드의 print(f"")은 다양한 출력방식 중 하나로 2.3절에서 자세히 소개합니다.

위 결과와 같이 각 객체 내에 있는 요소들은 같은 참조점들을 가집니다. 즉, 그림 1.3.5와 같이 [1,2,3]과 a 두 객체는 다르지만 각각 같은 리터럴인 1, 2, 그리고 3을 참조하고 있습니다.

그림 1.3.5. 콜렉션 객체의 참조.

위 결과와 같이 리스트와 같은 여러 값들로 구성되는 컬렉션(collection) 형의 각 요소는 그에 대응하는 고유한 참조를 가집니다. 더구나 그 참조 위치가 랜덤하게 이루어지므로 처리속도면에서 불리합니다. 배열을 다루는 파이썬의 대표적인 라이브러리인 numpy는 리스트를 기반으로 하는 배열(array)이라는 자체적인 자료형을 사용합니다. 이 자료형의 경우 하나의 리스트에 포함된 모든 요소들은 하나의 위치에 저장되므로 파이썬의 참조방식으로 유발하는 느린 속도 문제를 보완합니다.

numpy는 파이썬 패키지로서 별도로 설치하여야 합니다(anaconda를 사용할 경우 기본으로 장착). 또한 사용하기 위해서는 인터프리터에 import 해야 합니다(모듈참조).

import numpy as np
#array 객체
num2=np.array([1,2,3])
num2=np.array([1,2,3])
num2

array([1, 2, 3])

id(num2[0]), id(num2[1]), id(num2[2])

(2847215359504, 2847215359504, 2847215359504)

그 객체의 요소 1개를 다른 값으로 치환하는 경우 객체 자체의 위치가 다른 것입니다. 즉, 다른 객체를 참조하게 됩니다.

num2[2]=100
num2

array([  1,   2, 100])

id(num2[0]), id(num2[1]), id(num2[2])

(2847215359728, 2847215359728, 2847215359728)