📒 Python 가변 객체와 불변 객체

📌 Python의 객체(Object)

• 파이썬은 객체단위로 메모리 상에서 정보를 관리

• 객체에는 값(value), 유형(type), 정체성(identity) 3가지 특성이 존재

  	객체의 특성
  value	메모리에 기록된 내용, 가변객체는 값이 변할 수 있지만 불변객체는 변할 수 없음
  type	데이터의 종류를 나타내며, type() 함수를 통해 객체의 유형을 알 수 있음
  Identity	각각의 객체를 식별하기 위한 고유번호(=메모리 상에 위치한 주소 값) ,id() 함수를 통해 고유 id 값 조회가 가능

예시:

coding = 2021

coding_id = id(coding)  # coding_id : 65236640

• coding 이라는 변수는 2021 이라는 object를 가리키는 역할

• 이를 통해 객체는 메모리에 존재하는 각각의 데이터를 가리킨다는 것을 알 수 있음

• 만약 coding = '2021'이 될 경우, coding 변수는'2021' 문자열(string) 객체를 가리킴

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📌 Python의 가변 객체와 불변 객체

불변 객체는 객체 생성 이후 값을 변경할 수 없는 object를 의미하고, 반대로 가변 객체는 값을 변경할 수 있는 object를 의미

	데이터 타입
가변(mutable) 객체	list, set, dict
불변(immutable) 객체	int, float, bool, tuple, str, frozenset

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가변 객체

- 예시 :

a = [1, 2, 3] # list type
b = {1, 2, 3} # set type

print(id(a)) # 42461224
print(id(b)) # 42408840

a[0] = 10 # 첫번째 원소 값 변경
b |= {4, 5, 6} # |는 or 연산 (합집합)

print(id(a)) # 42461224
print(id(b)) # 42408840

• 예시처럼 list와 set은 가변 객체는 객체의 값이 변경될 수 있음
• a와 b 의 값이 변경되더라도 두 객체는 모두 동일한 메모리 주소를 참조하기 때문에 id값은 변하지 않음

불변 객체

- 예시:

c = 'abc'

id(c)
Out[3]: 5297632

c[0] = 'd'
Traceback (most recent call last):
  File "C:\ProgramData\Anaconda3\envs\py38_32\lib\site-packages\IPython\core\interactiveshell.py", line 3418, in run_code
    exec(code_obj, self.user_global_ns, self.user_ns)
  File "<ipython-input-4-68547969971d>", line 1, in <module>
    c[0] = 'd'
TypeError: 'str' object does not support item assignment

c = 'hello'

id(c)
Out[6]: 45782848

파이썬 콘솔에서 테스트 해 본 결과,

• 불변 객체인 str 변수c의 값을 변경하려고 하면 에러가 발생함

• 하지만, 변수 c에 다른 새로운 str 값 hello를 할당하면 id 값이 변경됨
  --> 이는 변수에 새로운 값을 아예 재할당하는 것이기 때문에 가변, 불변 객체의 문제가 아님
  (list와 set 변수 또한 값을 재할당해주면 id 값이 변경됨)

📌 단순복사

- 예시:

a = [1, 2, 3, 4]
b = a     # 얕은 복사 (shallow copy)
print(b)    # [1, 2, 3, 4]

b[2] = 30   # b의 3번째 item 값 변경
print(b)    # [1, 2, 100, 4]
print(a)    # [1, 2, 100, 4]

• a와 b는 동일한 list 객체의 메모리 주소를 참조
• 동일한 객체의 메모리 주소를 참조하고 있기 때문에 b 를 변경해도 a 또한 값이 변경됨

하지만,

• 위 예시처럼 복사된 참조 변수를 수정했을때, 처음에 할당한 참조 변수의 값이 똑같이 수정되는 것은 list와 같은 mutable 한 객체일 때만 해당함
• int, str, tuple 과 같은 immutable 한 객체일때는 해당되지 않음

- 예시:

a = 'a'
b = a
print(b) # 'a'

b = "abcde"
print(a) # 'a'

• a를 참조한 변수 b에 새로운 값을 재할당
• 이는 같은 메모리 주소의 값을 변경하는 것이 아니라 재할당하는 것임
• 애초에 str 자료형은 immutable 한 객체이기 때문에 변경이 안됨

여기서 중요한 점은,

• 우리가 immutable 한 str 객체를 변경할 떄는 error 가 발생하기 때문에 쉽게 알아차릴 수 있지만
• mutable 한 객체를 변경할 때는 error 도 발생하지 않고, 얕은복사(shallow copy) 에 대한 이해 없이 값을 복사했다가는 참조 변수의 값이 마구 변한다는 등 원하지 않는 상황을 마주할 수 있음

--> 따라서 얕은 복사(shallow copy) 와 깊은 복사(deep copy) 에 대한 이해 필요

📌 얕은 복사(shallow copy)

- 예시:

import copy

a = [1, [2, 3, 4]]
b = copy.copy(a)    # shallow copy
print(b)    # [1, [2, 3, 4]] 

b[0] = 10
print(b)    # [10, [2, 3, 4]]
print(a)    # [1, [2, 3, 4]], shallow copy로 새로 생성된 b의 list값과는 다른 객체

c = copy.copy(a)
c[1].append(5)    # list의 두번째 요소에 5 추가
print(c)    # [1, [2, 3, 4, 5]]
print(a)    # [1, [2, 3, 4, 5]]

• 얕은 복사와 단순 복사의 차이점 : 얕은 복사는 list는 별도로 생성하지만, 두 복사 모두 그 안에 들어가는 내용은 원래와 같은 객체 (내부 객체의 값은 그대로 복사하고 껍데기만 복사한다고 보면 됨)

• 예시에서 b의 첫번째 요소(int)를 변경하였을때 a 가 변경되지 않은 것은 그 요소가 immutable 하기 때문

• immutable 하다는 것은, 해당 메모리 주소에 있는 요소의 값이 수정되는 것이 아니라(수정 할 수도 없음) 아예 다른 메모리 주소에서 새로운 값을 참조하게 됨
  --> 따라서 b 에서 변경된 요소가 a 에는 반영되어 있지 않음

• 하지만 c 의 경우 두 번째 요소가 list, 즉 mutable 한 요소이기 때문에 이 값을 변경한다는 것은 해당 메모리 주소에 있는 요소 값을 수정하는 것이므로, a[1] 역시 참조한 메모리 주소 값이 동일하기 때문에 값이 변경됨

📌 깊은 복사(deep copy)

복합객체(껍데기)만 복사하는 것이 아닌 내부 객체(껍데기 속 내용물) 까지 변경되면 처음 객체와 복사된 객체가 영향을 받을 일이 없음

파이썬 내장모듈 copy.deepcopy는 이러한 기능을 지원함

import copy

a = [1, [1, 2, 3]]
b = copy.deepcopy(a)    # deep copy
print(b)    # [1, [1, 2, 3]]

b[0] = 100
b[1].append(4)
print(b)    # [100, [1, 2, 3, 4]]
print(a)    # [1, [1, 2, 3]]

• b의 변경된 첫 번째 요소(immutable)과 두 번째 요소(mutable) 모두 a에 영향을 주지 않음, 내부 객체들도 재귀적으로 복사되었기 때문

결론적으로

단순복제는 완전히 동일한 객체,
얕은복사(shallow copy)는 복합객체만 복사, 내부객체는 동일
깊은복사(deep copy)는 복합객체 및 내부객체 또한 재귀적으로 복사

참고 페이지:
https://wikidocs.net/16038
https://blueshw.github.io/2016/01/20/shallow-copy-deep-copy/

껍데기만 복사하기때문에 내용물을 복사하지 못하는 것은 얕은 복사,
껍데기와 내용물 모두 복사하는 것은 깊은 복사 라고 보면 됨