본 블로그 글은 박동민·강영민 저자님의 으뜸파이썬 교재를 참고하여 만들어진 글임을 밝힙니다.

클래스와 객체 지향 프로그래밍

객체 (Object)

• 속성과 메서드를 가진 데이터의 단위로, 컴퓨터 시스템에서 다양한 기능을 수행하도록 설계된 기본 요소
• 파이썬에서는 모든 것이 객체로 간주되며, 데이터 유형도 객체로 처리된다.

type() - 객체의 자료형 반환

• 객체의 자료형(Type)을 반환한다.
• 모든 객체는 생성 시 고유의 id(식별자)를 가지며, id() 함수를 사용하여 확인이 가능하다.

매직 매서드

• 클래스 내에서 특별한 역할을 수행하는 메서드들로, 주로 객체의 생성, 연산, 출력 등 다양한 기능을 정의할 때 사용된다.
• 더블 언더스코어(__)로 감싸져있는 형태이다.

매직 메서드	설명
__init__(self)	객체가 생성될 때 호출되는 생성자 메서드, 객체 초기화 작업을 담당
__str__(self)	print()나 str()로 객체를 출력할 때 호출되는 메서드, 객체의 문자열 표현을 정의
__repr__(self)	객체를 표현하는 공식적인 문자열을 반환하는 메서드, repr()로 호출
__len__(self)	len() 함수 호출 시 객체의 길이를 반환하는 메서드
__getitem__(self, key)	객체를 인덱스로 접근할 때 호출되는 메서드. 리스트처럼 동작할 수 있게 해줌
__setitem__(self, key, value)	객체에 인덱스를 사용해 값을 설정할 때 호출되는 메서드
__delitem__(self, key)	객체에서 인덱스로 값을 삭제할 때 호출되는 메서드
__iter__(self)	객체를 반복할 수 있도록 하는 메서드, for문에서 사용될 때 호출됨
__next__(self)	반복자 객체에서 다음 값을 반환하는 메서드, __iter__와 함께 사용
__call__(self, ...)	객체가 함수처럼 호출될 때 호출되는 메서드, 함수처럼 동작하게 할 수 있음.

int 클래스

• int와 같은 기본 타입의 자료형도 실제로는 클래스이다.
• 또한, 이러한 자료형들은 다음과 같은 매직 메서드를 가진다

  메서드	연산자	설명
  __add__(self, other)	+	덧셈 연산을 정의
  __sub__(self, other)	-	뺄셈 연산을 정의
  __mul__(self, other)	*	곱셈 연산을 정의
  __truediv__(self, other)	/	나눗셈 연산을 정의
  __floordiv__(self, other)	//	몫 연산을 정의
  __mod__(self, other)	%	나머지 연산을 정의
  __pow__(self, other)	``**	거듭제곱 연산을 정의
  __lshift__(self, other)	<<	왼쪽 비트 시프트 연산 정의
  __rshift__(self, other)	>>	오른쪽 비트 시프트 연산 정의

사용 예시

(200).__sub__(100) # 200 - 100과 동일
(200).__sub__(100) # 200 - 100과 동일
(5).__add__(3) # 5 + 3과 동일
(10).__mul__(4) # 10 * 4와 동일

객체 지향 프로그래밍 vs 절차적 프로그래밍

객체 지향 프로그래밍 (Objected Oriented Programming)

• 프로그램을 짤 때, 프로그램을 실제 세상에 가깝게 모델링하는 기법
• 컴퓨터가 수행하는 작업을 객체 사이의 상호작용으로 표현한다.
• 핵심 개념
  • 캡슐화 (Encapsulation) : 데이터와 메서드를 하나로 묶고, 외부에서 직접 접근하지 못하도록 제한하는 것
  • 상속 (Inheritance) : 기존 클래스의 속성과 메서드를 물려받아 새로운 클래스를 생성하는 것
  • 다형성 (Polymorphism) : 동일한 이름의 메서드가 객체 종류에 따라 다르게 동작하게 하는 것
  • 추상화 (Abstraction) : 불필요한 세부 정보를 숨기고, 중요한 기능만 노출하여 복잡성을 줄이는 것
• Java, Python, C++, C#, Swift 등 현재 사용 중인 많은 프로그래밍 언어에서 채택

절차적 프로그래밍 언어 (Procedural Programming)

• 함수나 모듈을 만들어두고 이것들을 문제해결 순서에 맞게 호출하여 수행하는 방식
• C, Fortran, Basic등의 고전적인 프로그래밍 언어에서 채택

개발이나 소프트웨어 업데이트시의 유지보수 비용이 매우 적게 들기 때문에 최근 프로그래밍 경향은 대부분 객체 지향 방식을 선호

객체 vs 클래스 vs 인스턴스

• 객체 (Object): 속성과 메서드를 가진 프로그램 내의 실체적인 존재
• 클래스 (Class): 객체를 생성하기 위한 설계도 또는 템플릿
• 인스턴스 (Instance): 클래스로부터 생성된 개별적인 객체 (메모리 상에서 존재하는 객체)

생성자

• 객체를 생성할 때, 인스턴스 내부의 변수가 기본값을 가지도록 초기화하는 역할을 하는 메서드입니다.
• 다른 언어에서는 생성자를 오버로딩하여 여러 개를 선언할 수 있지만, 파이썬에서는 하나의 생성자만 선언할 수 있습니다.
  • 오버로딩 (Overloading): 동일한 이름의 메서드를 매개변수의 개수나 타입에 따라 다르게 정의하는 것

str() 메서드

• 객체를 문자열로 표현할 때 사용되는 메서드
• 어떤 객체의 문자열 표현 방식을 정의하는데 반환 값은 문자열이 된다.

실습

class Cat:
    # 생성자 메서드 (__init__)로 멤버 변수 초기화
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name  # 멤버 변수 name
        self.age = age    # 멤버 변수 age
    
    # 메서드 정의
    def meow(self):
        print(f"{self.name} says: Meow!")

    def introduce(self):
        print(f"My name is {self.name} and I am {self.age} years old.")
        
    def __str__(self):
		    return f'Cat(name = {self.name}, age = {self.age}'

# Cat 클래스의 인스턴스(객체) 생성
my_cat = Cat("Whiskers", 3)

# 메서드 호출
my_cat.meow()        # 출력: Whiskers says: Meow!
my_cat.introduce()   # 출력: My name is Whiskers and I am 3 years old.

캡슐화

• 메서드와 변수를 외부에서 함부로 조작하는 것을 제한하고 데이터를 보호한다.
• 우연히 값이 변경되는 것을 방지한다.
• 논리적인 오류를 줄이기 위한 방법이다.
• 멤버 변수를 선언할때 __ (던더)를 앞에 붙여서 외부에서 클래스에 멤버변수에 직접 접근하는 것을 막는다.
  • 이 경우 멤버변수는 private 속성으로 선언된다.
• getter와 setter를 선언하여 접근 및 수정을 한다.
  • getter : 외부에서 객체의 값을 조회할 수 있게 해주는 메서드
  • setter : 외부에서 객체의 값을 수정할 수 있게 해주는 메서드

class Cat:
    # 생성자 메서드 (__init__)로 멤버 변수 초기화
    def __init__(self, name, age):
        self.__name = name  # 멤버 변수 name (캡슐화)
        self.__age = age    # 멤버 변수 age (캡슐화)
    
    # getter 메서드
    def get_name(self):
        return self.__name
    
    def get_age(self):
        return self.__age
    
    # setter 메서드
    def set_name(self, name):
        self.__name = name
    
    def set_age(self, age):
        if age > 0:  # 나이가 0보다 클 때만 수정 가능
            self.__age = age
        else:
            print("나이는 양수여야 합니다.")
            
    def __str__(self):
        return f'Cat(name = {self.__name}, age = {self.__age})'

# Cat 클래스의 인스턴스(객체) 생성
my_cat = Cat("Whiskers", 3)

# getter 메서드 호출
print(my_cat.get_name())  # 출력: Whiskers
print(my_cat.get_age())   # 출력: 3

# setter 메서드 호출
my_cat.set_name("Fluffy")
my_cat.set_age(4)

# 수정된 값 출력
print(my_cat.get_name())  # 출력: Fluffy
print(my_cat.get_age())   # 출력: 4

is, is not - 객체의 아이덴티티 연산

• 두 객체의 값은 같아도, 다른 메모리에 저장되는 객체의 경우 id가 다르게 출력된다.
  • 두 객체의 값을 비교할때는 == 연산자를 사용한다.
• is와 is not은 두 객체의 id를 비교하는 함수이다.
  • is :  객체가 같은 메모리 주소를 참조하는지 비교
  • is not : 두 객체가 같은 메모리 주소를 참조하지 않는지 비교

파이썬에서 메모리 절약을 위한 객체 재사용 (Interning

• 파이썬은 메모리 절약을 위해 특정 객체들을 재사용하는 방식인 객체 인터닝(interning)을 사용한다

문자열 인터닝 (String Interning)

• 문자열은 파이썬에서 자주 사용되는 불변 객체로, 동일한 문자열 값이 여러 곳에서 사용될 경우 인터닝을 통해 메모리 절약을 한다.
• 리터럴 문자열의 경우 자동으로 인터닝된다.
  • 리터럴 문자열 : 코드에 하드코딩된 문자열

작은 정수 인터닝 (Small Integer Interning)

• 파이썬은 5에서 256 사이의 정수에 대해 인터닝을 수행합니다. 이 범위 내의 정수는 같은 값이 여러 번 사용되더라도 하나의 메모리 주소를 참조합니다

사용자 정의 클래스 연산자 오버로딩 구현

• 연산자 오버로딩은 기존 연산자의 동작을 새로운 데이터 타입에 맞게 재정의하는 것을 의미
• 매직 메서드를 통해 연산자 오버로딩을 구현
• 앞서 int 객체의 매직 메서드에 대해 잠깐 언급되었었다.

연산 메서드

연산자	매직 메서드	설명
x + y	__add__	두 객체의 덧셈 동작을 정의
x - y	__sub__	두 객체의 뺄셈 동작을 정의
x * y	__mul__	두 객체의 곱셈 동작을 정의
`x y`**	__pow__	두 객체의 거듭제곱 동작을 정의
x / y	__truediv__	두 객체의 나눗셈 동작(소수점 포함)을 정의
x // y	__floordiv__	두 객체의 몫을 반환하는 동작을 정의
x % y	__mod__	두 객체의 나머지를 반환하는 동작을 정의
+x	__pos__	객체의 양수 연산 동작을 정의
-x	__neg__	객체의 음수 연산 동작을 정의

---

비교 메서드

연산자	매직 메서드	설명
x == y	__eq__	두 객체의 동등 비교를 정의
x != y	__ne__	두 객체의 다름 비교를 정의
x < y	__lt__	두 객체의 작음 비교를 정의
x > y	__gt__	두 객체의 큼 비교를 정의
x <= y	__le__	두 객체의 작거나 같음 비교를 정의
x >= y	__ge__	두 객체의 크거나 같음 비교를 정의

---

내장 메서드

내장 함수/동작	매직 메서드	설명
str(obj)	__str__	객체를 문자열로 표현할 때 호출됨
repr(obj)	__repr__	객체를 개발자 친화적인 문자열로 표현함
len(obj)	__len__	객체의 길이를 반환하는 동작을 정의
obj[key]	__getitem__	객체에서 인덱스 접근 동작을 정의
del obj[key]	__delitem__	객체에서 인덱스를 삭제하는 동작을 정의
key in obj	__contains__	객체에 특정 키가 포함되어 있는지 확인함

실습

연산 메서드: 덧셈(+)과 뺄셈(``)

class Vector:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    # 덧셈 연산자 오버로딩
    def __add__(self, other):
        return Vector(self.x + other.x, self.y + other.y)

    # 뺄셈 연산자 오버로딩
    def __sub__(self, other):
        return Vector(self.x - other.x, self.y - other.y)

    def __str__(self):
        return f"Vector({self.x}, {self.y})"

v1 = Vector(2, 3)
v2 = Vector(4, 1)

# + 연산
result_add = v1 + v2
print(result_add)  # 출력: Vector(6, 4)

# - 연산
result_sub = v1 - v2
print(result_sub)  # 출력: Vector(-2, 2)

---

비교 메서드: 동등(==) 및 작음(<) 비교

class Point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    # 동등 비교
    def __eq__(self, other):
        return self.x == other.x and self.y == other.y

    # 작음 비교
    def __lt__(self, other):
        return (self.x, self.y) < (other.x, other.y)

p1 = Point(1, 2)
p2 = Point(1, 2)
p3 = Point(3, 4)

# == 연산
print(p1 == p2)  # 출력: True
print(p1 == p3)  # 출력: False

# < 연산
print(p1 < p3)   # 출력: True
print(p3 < p1)   # 출력: False

---

내장 메서드: 문자열 표현 및 길이 반환

class CustomList:
    def __init__(self, items):
        self.items = items

    # 문자열 표현
    def __str__(self):
        return f"CustomList({self.items})"

    # 길이 반환
    def __len__(self):
        return len(self.items)

my_list = CustomList([1, 2, 3, 4])

# 문자열 표현
print(str(my_list))  # 출력: CustomList([1, 2, 3, 4])

# 길이 반환
print(len(my_list))  # 출력: 4

클래스 상속

• 소프트웨어 개발 시 기존에 만들어진 부모 클래스의 속성과 메서드를 자식 클래스가 물려받아 사용하는 것을 말한다.
• 코드 재사용성을 높이고 효율적인 개발을 가능하게 한다.
• 상속을 하는 부모 클래스, 상속 받는 자식 클래스로 구분된다.
  • 부모 클래스 (Parent Class) : 다른 클래스가 상속받을 수 있는 기존의 클래스
    • 슈퍼클래스(Super Class), 기본 클래스(Base Class)라고도 부른다.
  • 자식 클래스 (Child Class) : 부모 클래스를 상속받아 그 속성과 메서드를 물려받는 클래스, 부모 클래스의 기능을 그대로 사용할 수도 있고, 새로운 속성이나 메서드를 추가하거나, 기존 메서드를 재정의(Overriding)할 수 있다.
    • 서브 클래스(Sub class), 파생 클래스(Derived Class)라고도 부른다.

super()

• 자식 클래스에서 부모 클래스의 메서드와 속성을 호출할 때 사용한다.
• 부모 클래스의 이름을 명시적으로 적어줄 필요가 없다.

실습

class Parent:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def greet(self):
        return f"Hello, I am {self.name}."

class Child(Parent):  # Parent 클래스 상속
    def __init__(self, name, age):
        super().__init__(name)  # 부모 클래스의 __init__ 호출
        self.age = age

    def introduce(self):
        return f"{super().greet()} I am {self.age} years old."

# 객체 생성 및 사용
child = Child("Alice", 12)
print(child.greet())       # 출력: Hello, I am Alice.
print(child.introduce())   # 출력: Hello, I am Alice. I am 12 years old.

클래스 변수

• 클래스 자체에 선언되는 변수로, 클래스의 모든 인스턴스가 공유하는 변수
• 클래스가 생성될 때 메모리에 할당된다.

클래스 변수 vs 인스턴스 변수

특징	클래스 변수	인스턴스 변수
선언 위치	클래스 내부, 메서드 외부	__init__ 메서드 내부에서 선언
소속	클래스 자체에 소속	특정 인스턴스에 소속
공유 여부	모든 인스턴스가 동일한 값을 공유	각 인스턴스가 독립적인 값을 가짐
접근 방법	클래스 이름 또는 인스턴스를 통해 접근 가능	인스턴스를 통해서만 접근 가능
수정 범위	한 인스턴스에서 수정하면 다른 모든 인스턴스에 영향	수정해도 다른 인스턴스에는 영향 없음

실습

클래스 변수 선언

class MyClass:
    class_variable = "This is a class variable"  # 클래스 변수

클래스 변수의 접근

print(MyClass.class_variable)  # 클래스 이름을 통해 접근
obj = MyClass()
print(obj.class_variable)      # 인스턴스를 통해 접근

• 클래스 이름, 인스턴스를 통한 접근 둘다 가능하다.