10. 파이썬 심화(맛보기)

Created at : 2024-09-02 20:48
Auther: Soo.Y

10. 파이썬 심화 주제 (Advanced Topics)

이 장에서는 파이썬의 심화 주제들을 다루겠습니다. 이 주제들은 파이썬을 더욱 효과적이고 강력하게 사용할 수 있도록 돕습니다. 다룰 주제들은 리스트 컴프리헨션, 제너레이터와 이터레이터, 데코레이터, 컨텍스트 매니저입니다. 이러한 기능들을 이해하고 활용하면 코드의 가독성과 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

10.1 리스트 컴프리헨션 (List Comprehensions)

리스트 컴프리헨션은 파이썬에서 리스트를 생성하는 간결하고 효율적인 방법입니다. 리스트 컴프리헨션을 사용하면 반복문과 조건문을 하나의 구문으로 결합하여 리스트를 생성할 수 있습니다. 이를 통해 코드의 가독성을 높이고, 불필요한 코드 작성 시간을 줄일 수 있습니다.

10.1.1 기본 리스트 컴프리헨션

리스트 컴프리헨션은 일반적인 리스트 생성 방식에 비해 더 간단하게 리스트를 생성할 수 있게 합니다.

• 예제:

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squares = [x ** 2 for x in numbers]
 
print(squares)  # 출력: [1, 4, 9, 16, 25]

이 예제에서 squares 리스트는 numbers 리스트의 각 요소를 제곱하여 생성됩니다. for 루프를 사용하지 않고도 리스트를 간단하게 생성할 수 있습니다.

10.1.2 조건을 포함한 리스트 컴프리헨션

리스트 컴프리헨션에서 조건문을 포함하여 특정 조건을 만족하는 요소만을 리스트에 추가할 수 있습니다.

• 예제:

numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
even_numbers = [x for x in numbers if x % 2 == 0]
 
print(even_numbers)  # 출력: [2, 4, 6, 8, 10]

이 예제에서 even_numbers 리스트는 numbers 리스트에서 짝수만을 포함하여 생성됩니다.

10.1.3 중첩 리스트 컴프리헨션

리스트 컴프리헨션은 중첩된 반복문을 포함할 수도 있습니다. 이를 통해 2차원 리스트(리스트의 리스트)를 쉽게 생성하거나 처리할 수 있습니다.

• 예제:

matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
transposed = [[row[i] for row in matrix] for i in range(3)]
 
print(transposed)  # 출력: [[1, 4, 7], [2, 5, 8], [3, 6, 9]]

이 예제에서 transposed 리스트는 matrix 리스트를 전치하여 생성됩니다. 리스트 컴프리헨션을 사용하면 복잡한 2차원 리스트 연산도 간결하게 표현할 수 있습니다.

10.1.4 리스트 컴프리헨션의 장점과 주의사항

• 장점

  • 간결성: 반복문을 한 줄로 간단하게 표현할 수 있습니다.
  • 가독성: 간결한 코드로 인해 가독성이 향상됩니다.
  • 성능: 리스트 컴프리헨션은 종종 일반적인 for 루프보다 더 빠르게 실행됩니다.

• 주의사항

  • 복잡성 증가: 너무 복잡한 리스트 컴프리헨션은 가독성을 해칠 수 있습니다.
  • 사용 사례 제한: 모든 경우에 리스트 컴프리헨션이 적합한 것은 아니며, 복잡한 로직이 필요한 경우에는 일반적인 for 루프를 사용하는 것이 더 적합할 수 있습니다.

리스트 컴프리헨션은 파이썬에서 매우 강력한 도구로, 이를 사용하면 반복적인 리스트 생성 작업을 간단하게 처리할 수 있습니다. 그러나 코드의 복잡성을 피하기 위해 적절한 상황에서만 사용하는 것이 좋습니다.

10.2 제너레이터와 이터레이터

제너레이터와 이터레이터는 파이썬의 반복 작업을 처리하는 데 중요한 역할을 합니다. 이터레이터는 객체의 요소를 하나씩 반환하는 객체이며, 제너레이터는 이러한 이터레이터를 쉽게 만들 수 있는 특별한 함수입니다.

10.2.1 이터레이터의 기본 개념

이터레이터는 __iter__()와 __next__() 메서드를 구현한 객체입니다. __iter__() 메서드는 이터레이터 객체를 반환하고, __next__() 메서드는 다음 요소를 반환합니다. 더 이상 반환할 요소가 없으면 StopIteration 예외를 발생시킵니다.

• 예제:

class MyIterator:
    def __init__(self, numbers):
        self.numbers = numbers
        self.index = 0
 
    def __iter__(self):
        return self
 
    def __next__(self):
        if self.index < len(self.numbers):
            result = self.numbers[self.index]
            self.index += 1
            return result
        else:
            raise StopIteration
 
my_iter = MyIterator([1, 2, 3, 4])
for number in my_iter:
    print(number)

이 예제에서 MyIterator 클래스는 리스트를 받아 이터레이터로 동작합니다. for 루프를 통해 리스트의 요소를 하나씩 출력합니다.

10.2.2 제너레이터 함수

제너레이터는 이터레이터를 생성하는 특별한 함수로, yield 키워드를 사용해 값을 하나씩 반환합니다. 제너레이터는 호출될 때마다 이전 상태를 기억하며, 다시 호출되면 다음 yield 표현식까지 실행을 재개합니다.

• 예제:

def my_generator():
    yield 1
    yield 2
    yield 3
 
gen = my_generator()
 
print(next(gen))  # 출력: 1
print(next(gen))  # 출력: 2
print(next(gen))  # 출력: 3

이 예제에서 my_generator 함수는 제너레이터 객체를 생성합니다. next 함수를 통해 제너레이터의 값을 하나씩 반환받을 수 있습니다.

10.2.3 제너레이터 표현식

제너레이터 표현식은 리스트 컴프리헨션과 유사하지만, 리스트 대신 제너레이터를 생성합니다. 이를 통해 메모리 사용을 줄이고, 필요한 시점에 값을 생성할 수 있습니다. 기호 ”[” ”]” 에서 ”(” ”)“로 변경된 점을 확인하면 됩니다.

• 예제:

gen = (x ** 2 for x in range(5))
 
for val in gen:
    print(val)

이 예제에서 제너레이터 표현식은 0부터 4까지의 숫자의 제곱을 생성합니다. 이 값들은 필요할 때만 생성되며, 메모리를 절약할 수 있습니다.

10.3 데코레이터 (Decorators)

데코레이터는 함수나 메서드의 동작을 수정하거나 확장하는 고급 기법입니다. 데코레이터는 함수를 인자로 받아 수정된 새로운 함수를 반환합니다. 이 기능을 통해 코드의 중복을 줄이고, 함수의 동작을 유연하게 변경할 수 있습니다.

10.3.1 데코레이터의 기본 사용법

데코레이터는 함수 정의 위에 @데코레이터_이름을 붙여 적용할 수 있습니다. 데코레이터는 함수를 감싸는 형태로 동작합니다.

• 예제:

def my_decorator(func):
    def wrapper():
        print("함수 호출 전 작업")
        func()
        print("함수 호출 후 작업")
    return wrapper
 
@my_decorator
def say_hello():
    print("안녕하세요!")
 
say_hello() # 데코레이터에 의해 my_decorator에 작성된 내용이 실햄됨

이 예제에서 my_decorator 데코레이터는 say_hello 함수의 동작을 확장합니다. 함수 호출 전후에 추가 작업이 수행됩니다.

10.3.2 데코레이터에 인자 전달

데코레이터는 인자를 가지는 함수에도 적용할 수 있으며, 이를 위해 데코레이터 내부에서 *args와 **kwargs를 사용합니다.

• 예제:

def my_decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("함수 호출 전 작업")
        result = func(*args, **kwargs)
        print("함수 호출 후 작업") 
        return result
    return wrapper
 
@my_decorator
def add(a, b):
    return a + b
 
print(add(2, 3))  # 출력: 함수 호출 전 작업, 함수 호출 후 작업, 5

이 예제에서는 add 함수에 인자를 전달하며, 데코레이터는 함수 호출 전후에 추가 작업을 수행합니다.

10.3.3 여러 데코레이터 사용

여러 데코레이터를 하나의 함수에 적용할 수 있습니다. 이 경우 데코레이터는 위에서 아래로 순차적으로 적용됩니다.

• 예제:

def decorator1(func):
    def wrapper():
        print("데코레이터 1")
        func()
    return wrapper
 
def decorator2(func):
    def wrapper():
        print("데코레이터 2")
        func()
    return wrapper
 
@decorator1
@decorator2
def say_hello():
    print("안녕하세요!")
 
say_hello()

이 예제에서 say_hello 함수에는 두 개의 데코레이터가 적용됩니다. decorator2가 먼저 적용된 후 decorator1이 적용됩니다.

10.3.4 클래스 메서드에 데코레이터 적용

데코레이터는 클래스 메서드에도 적용할 수 있습니다. 이를 통해 메서드의 동작을 수정하거나 확장할 수 있습니다.

• 예제:

def my_decorator(func):
    def wrapper(self, *args, **kwargs):
        print(f"{func.__name__} 메서드 호출 전 작업")
        result = func(self, *args, **kwargs)
        print(f"{func.__name__} 메서드 호출 후 작업")
        return result
    return wrapper
 
class MyClass:
    @my_decorator
    def greet(self, name):
        print(f"안녕하세요, {name}님!")
 
obj = MyClass()
obj.greet("홍길동")

이 예제에서 greet 메서드는 my_decorator 데코레이터에 의해 수정되며, 메서드 호출 전후에 추가 작업이 수행됩니다.

10.4 컨텍스트 매니저 (Context Managers)

컨텍스트 매니저는 with 구문을 사용하여 리소스를 효율적으로 관리할 수 있게 해줍니다. 컨텍스트 매니저는 리소스를 열고, 사용한 후 자동으로 정리하는 과정을 관리합니다. 컨텍스트 매니저를 사용하면 리소스 누수를 방지하고, 코드의 가독성을 높일 수 있습니다.

10.4.1 with 구문과 컨텍스트 매니저

with 구문은 컨텍스트 매니저를 사용하여 리소스를 초기화하고, 코드 블록이 종료된 후 리소스를 정리하는 작업을 자동으로 처리합니다.

• 예제:

with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, World!")

이 예제에서 with 구문은 파일을 열고, 파일을 사용한 후 자동으로 닫습니다. 이로써 파일을 안전하게 관리할 수 있습니다.

10.4.2 사용자 정의 컨텍스트 매니저

사용자 정의 컨텍스트 매니저를 만들려면 __enter__와 __exit__ 메서드를 구현해야 합니다.

• 예제:

class MyContextManager:
    def __enter__(self):
        print("리소스 초기화")
        return self
 
    def __exit__(self, exc_type, exc_value, traceback):
        print("리소스 정리")
 
with MyContextManager() as manager:
    print("코드 블록 실행")

리소스 초기화
코드 블록 실행
리소스 리

이 예제에서 MyContextManager는 사용자 정의 컨텍스트 매니저로, with 구문을 통해 리소스 초기화와 정리를 관리합니다.

10.4.3 contextlib 모듈을 사용한 컨텍스트 매니저

파이썬의 contextlib 모듈은 컨텍스트 매니저를 더 쉽게 만들 수 있는 유틸리티를 제공합니다. 특히 @contextmanager 데코레이터를 사용하면 간단한 컨텍스트 매니저를 쉽게 작성할 수 있습니다.

• 예제:

from contextlib import contextmanager
 
@contextmanager
def my_context():
    print("리소스 초기화")
    yield
    print("리소스 정리")
 
with my_context():
    print("코드 블록 실행")

이 예제에서 @contextmanager 데코레이터를 사용하여 컨텍스트 매니저를 정의하고, 리소스를 초기화하고 정리하는 과정을 관리합니다.

이제 파이썬의 심화 주제에 대해 깊이 이해하게 되었습니다. 이러한 고급 기능들은 파이썬을 더욱 강력하고 유연하게 사용할 수 있도록 해줍니다.

관련 문서

1. 파이썬(Python) 이란