0. 시작하기 앞서

초보자로서 Python을 처음 접하게 되면 '객체 지향'이라는 말을 많이 듣게 되는 것 같다. 대충 그렇다는 것은 알겠고 🙄 우선 쏟아지는 기본 개념을 배우다 보니,
언어의 근간이 되는 부분을 놓치고 있는 것 같아 정리가 잘 된 글을 찾아보았다.
본문은 다음 링크를 참고하여 작성한 것으로, 학습 목적으로 단순 번역한 것이니 오해 없길 바란다💡

Mutable vs Immutable Objects in Python by meghamohan on medium
Data model - object, values and types on python documentation

1. 객체 지향 Object-oriented

객체 지향의 예시를 찾던 중 우연히 생활 코딩 이고잉님의 예전(무려 7년 전) tutorial을 보면서 좀 더 이해가 쉽게 갔다. 아래 개념 정리에 링크를 첨부한다.

1.1 객체지향 프로그래밍(OOP)

- OOP란 무엇인가

출처: opentutorials.org 이고잉

객체 지향 프로그래밍은 프로그램 로직을 상태(state)와 행위(behave)로 이루어진 객체로 만드는 것이다. 객체는 쉽게 말해 변수와 함수를 그루핑한 것인데, 이 객체들을 레고 블럭처럼 조립해 하나의 프로그램으로 만드는 것이 객체 지향 프로그래밍이라고 할 수 있다. 컴퓨터에서 쪼개져 있는 파일을 폴더로 묶는 것처럼, 연관되어 있는 변수와 메소드를 객체로 그루핑함으로써 관리의 편의를 도모한다.

아래 class cat은 name이라는 property와 intro()라는 메소드(함수)를 가진 객체이며, 이를 통해 이름만 넣으면 자기소개를 할 수 있는 객체 인스턴스 계속 만들 수 있다. 아래 예시는 직접 만든 것으로 매우 간단하지만, 여러 상태와 행위를 가진 객체들이 쌓이면 하나의 프로그램이 만들어질 수 있을 것이다.

class cat:
   def __init__(self, name):
     self.name=name
   
   def intro(self):
     print('hi my name is '+self.name+ '! meow')
   

marble = cat('marble')   # marble을 객체 cat의 인스턴스로 만들기
marble.intro()   # cat 클래스의 소개 함수 호출 
   

- 사전적 정의

출처: 위키백과

• 컴퓨터 프로그래밍의 패러다임 중 하나. (절차 지향 프로그래밍도 있다)
• 컴퓨터 프로그램을 명령어의 목록으로 보는 시각에서 벗어나 여러 개의 독립된 단위, 즉 "객체"들의 모임으로 파악 하고자 하는 것이다.
• 각각의 객체는 메시지를 주고받고, 데이터를 처리할 수 있다.
  
  

- 객체와 변수

객체가 변수와 함수를 그루핑한 것이라고 했는데, 그렇다면 다음 단계로 넘어가기 전에 Python에서의 객체와 변수에 대해 알아보자. 출처: foobarnbaz 는 C와 Python의 변수 개념 관련 글인데 그림으로 잘 정리해놓았다.

C언어에서 변수는 박스와 같다. (그림1) a = 2 은 object 2를 변수 a에 넣은 것이다. 반면 Python에서 변수는 태그와 같다. (그림2) object 1에 변수 a라는 태그를 붙인 것이다.
a = 2, b = a 일 때 C언어는 변수마다 값이 저장되지만, 파이썬은 2라는 객체에 a,b가 태그된다.

2. 불변객체와 가변객체

객체는 불변, 가변(immutable & mutable) 여부에 따라 구분되고, 파이썬은 이를 다르게 핸들링한다. 그 개념과 차이는 무엇일까?

2.1 정의

• immutable: objects whose value is unchangeable once they are created 생성 이후 값을 바꿀 수 없는 객체
• mutable: objects whose value can change 값이 바뀔 수 있는 객체
  

예시1에서 int type, 예시2에서 list type을 들어 설명해보자.

2.2 예시

- 불변객체 예시

정수 int는 불변 객체이다. 아래 코드 3번째 줄에서 x에 1을 더하면서 x가 11이라는 다른 객체에 태그된다. 즉, 객체 10은 바뀌지 않고 x가 메모리에서 가리키고 있던 id address가 바뀐 것이다.

x = 10 
y = x   # id(x) == id(y) == id(10)

x = x + 1

print(x)   # result : 11
print(y)   # result : 10 

id(x) != id(y)   
id(x) != id(10)   

---

- 가변객체 예시

리스트list는 가변 객체이다. pop method를 실행하면서 x,y의 객체가 모두 [1,2]로 바뀌었다. 변수는 여전히 메모리에서 같은 id adress를 가리키고, 그 객체만 바뀐 것이다.

m = [1, 2, 3]
n = m   # id(m) == id(n)

m.pop()   # 마지막 element를 돌려주고 리스트에서 삭제하는 method

print(m)   #result: [1,2]
print(n)   #result: [1,2]
'''''

id(m) == id(n)

3. mutable or not?

위에서 int는 불변 객체, list는 가변 객체라는 것을 알게 되었다. 가변 객체와 불변 객체가 어떻게 다르며, int, list... 그 외에 어떤 데이터 타입이 있는지 알아보고자 한다.

3.1 얕은 복사, 깊은 복사

위 예시 처럼 단순 복사(a = b)를 하게 되면 mutable한 기존 객체가 복사된 객체와 동일한 값을 가리켜, 값이 같이 바뀔 수 있다.

>>> a = [1, 2, 3]
>>> b = a
>>> b[1] = 0
>>> b
[1, 0, 3]
>>> a
[1, 0, 3]

- 얕은 복사

위와 같은 문제를 해결하기 위해 얕은 복사는 객체 container를 별도 생성하지만, 객체 내부의 객체들은 기존 값과 같다. 그래서 아래와 같이 item을 수정해도 복사본만 바뀌게 할 수 있다. 하지만 얕은 복사는 b처럼 immutable 객체에만 해당되며, 만약 c처럼 객체 내부가 mutable 하다면 단순 복사와 동일한 현상이 발생한다.

import copy

a = [1, [1, 2, 3]]
b = copy.copy(a)    # shallow copy 발생
print(b)    # [1, [1, 2, 3]] 출력
b[0] = 100
print(b)    # [100, [1, 2, 3]] 
print(a)    # [1, [1, 2, 3]] 

c = copy.copy(a)
c[1].append(4)    # 리스트의 두번째 item(객체 내부)에 4를 추가
print(c)    # [1, [1, 2, 3, 4]] 출력
print(a)    # [1, [1, 2, 3, 4]] 출력

- 깊은 복사

깊은 복사는 내부에 객체들까지 모두 새롭게 copy 되는 것이기 때문에, mutable한 내부 객체를 수정하더라도 복사본만 바뀌게 된다.

>>> a = [[1,2],[3,4]]
>>> b = copy.deepcopy(a) # deep copy 발생
>>> b[1].append(5) # a의 두 번째 item인 [3,4] 리스트에 5 추가 
>>> a
[[1, 2], [3, 4]]
>>> b
[[1, 2], [3, 4, 5]] # 깊은 복사로 복사본의 내부 객체까지 별도 생성

3.2 데이터 타입에 의한 구분

데이터 타입에 따른 불변, 가변 여부는 다음과 같다.

Mutable objects:
list, dict, set, byte array
Immutable objects:
int, float, complex, string, tuple, frozen set [note: immutable version of set], bytes

추가로 내장 함수인 id(), type()을 사용해 변수가 어떤 타입의 객체와 연관되어 있고, 바뀔 수 있는 객체인지를 확인할 수 있다.

• type(): 객체의 data type을 반환한다. type(5) # result: <class 'int'>
• id(x): x가 저장되어 있는 메모리의 주소. 객체의 id를 정수 형태로 반환한다.
• is operator: 두 객체의 id를 비교해준다. x is y #result: True

4. Pass-by-?

마지막으로 매개변수 parameter가 함수를 통과할 때에 대하여 정리한 내용이다. 아직 100% 이해되지 않아 참고하기 좋을만한 자료만 옮겨놓았다.
참고: Robert Heaton & penjee blog

- Pass-by-reference

변수의 메모리 주소가 함수를 통과한다. 함수를 통과하면 변수도 함께 변한다.

- Pass-by-value:

함수의 파라미터 값이 메모리 다른 부분에 복사되어, 함수 내부에서 이 변수에 접근하거나 변수를 바꾸려고할 때 복사본만 접근 가능하다. 오리지널은 untouched 인 상태이고, 변수는 리턴 값을 넣어야 업데이트 된다.

- Object references are passed by value