파이썬 클래스 사용하기3: 클래스 상속, super,메서드 오버라이딩, 다중 상속, 추상 클래스

이번에는 클래스 상속(inheritance)을 사용해보겠습니다.

상속은 무언가를 물려받는다는 뜻입니다. 그래서 클래스 상속은 물려받은 기능을 유지한채로 다른 기능을 추가할 때 사용하는 기능입니다. 여기서 기능을 물려주는 클래스를 기반 클래스(base class), 상속을 받아 새롭게 만드는 클래스를 파생 클래스(derived class)라고 합니다.

 

보통 기반 클래스는 부모 클래스(parent class), 슈퍼 클래스(superclass)라고 부르고, 파생 클래스는 자식 클래스(child class), 서브 클래스(subclass)라고도 부릅니다.

 

클래스 상속은 다음과 같이 클래스를 만들 때 ( )(괄호)를 붙이고 안에 기반 클래스 이름을 넣습니다.

 

class 기반클래스이름:    

    코드  

class 파생클래스이름(기반클래스이름):    

    코드

 

'상속'은 기존 기능을 재사용할 수 있게 해주는 것입니다. 좀 더 구체적으로 말하자면 기반 클래스의 기능(=메서드)을 파생 클래스로 만든 인스턴스(james)에서 호출했을 때 그대로 호출되는 것(=사용하는 것)을 확인할 수 있습니다.

 

Student 클래스에는 greeting 메서드가 없지만 Person 클래스를 상속받았으므로 greeting 메서드를 호출할 수 있습니다.

그리고 Student 클래스에 추가한 새로운 메서드인 study를 호출했습니다.

 

이처럼 클래스 상속은 기반 클래스의 기능을 유지하면서 새로운 기능을 추가할 수 있습니다. 특히 클래스 상속은 연관되면서 동등한 기능일 때 사용합니다. 즉, 학생은 사람이므로 연관된 개념이고, 학생은 사람에서 역할만 확장되었을 뿐 동등한 개념입니다.

 

클래스의 상속 관계를 확인하고 싶을 때는 issubclass 함수를 사용합니다. 즉, 클래스가 기반 클래스의 파생 클래스인지 확인합니다. 기반 클래스의 파생 클래스가 맞으면 True, 아니면 False를 반환합니다.

 

36.2. 상속 관계와 포함 관계 

 

- 상속 관계- 

(위 코드를 다시 보면서)

학생 Student는 사람 Person이므로 같은 종류입니다. 이처럼 상속은 명확하게 같은 종류이며 동등한 관계일 때 사용합니다. 즉, "학생은 사람이다."라고 했을 때 말이 되면 동등한 관계입니다. 그래서 상속 관계를 영어로 is-a 관계라고 부릅니다(Student is a Person).

 

- 포함 관계- 

 

 학생 클래스가 아니라 사람 목록을 관리하는 클래스를 만든다면 어떻게 해야 할까요? 다음과 같이 리스트 속성에 Person 인스턴스를 넣어서 관리하면 됩니다. 여기서는 상속을 사용하지 않고 속성에 인스턴스를 넣어서 관리하므로 PersonList가 Person을 포함하고 있습니다. 이러면 사람 목록 PersonList와 사람 Person은 동등한 관계가 아니라 포함 관계입니다. 즉, "사람 목록은 사람을 가지고 있다."라고 말할 수 있습니다. 그래서 포함 관계를 영어로 has-a 관계라고 부릅니다(PersonList has a Person).

 

정리하자면 같은 종류에 동등한 관계일 때는 상속을 사용하고, 그 이외에는 속성에 인스턴스를 넣는 포함 방식을 사용하면 됩니다.

 

이거만 봐서는 포함 관계를 명확히 이해가 힘듭니다. 좀 더 코드를 보겠습니다.

 

앞에서 만든 Student 클래스로  curry 라는 인스턴스를 하나 만든 뒤에 PersonList 를 인스턴스화 해준 뒤 메서드 append_person을 기존의 인스턴스들을 매개변수로 넣어 봤습니다. 이후 PersonList  안에 인스턴스들이 추가된 것을 확인할 수 있습니다. 이런 식으로 인스턴스들을 다른 클래스로 선언한 인스턴스에 추가되는 모습을 볼 수 있습니다. 사실 저희들이 다들 파이썬을 쓰면서 그 안에서 일상처럼(?) 쓰고 있는 것들인데 이렇게 보니깐 뭔가 잘 안 와닿더라구요. /// 저의 경우는 그랬습니다 :) 

 

36.3 기반 클래스의 속성 사용하기  

실행을 해보면 에러가 발생합니다. 왜냐하면 기반 클래스 Person의 __init__ 메서드가 호출되지 않았기 때문입니다. 실행 결과를 잘 보면 'Student __init__'만 출력되었습니다. 즉, Person의 __init__ 메서드가 호출되지 않으면 self.hello = '안녕하세요.'도 실행되지 않아서 속성이 만들어지지 않습니다.

36.3.1  super()로 기반 클래스 초기화하기

 super()를 사용해서 기반 클래스의 __init__ 메서드를 호출해줍니다. 다음과 같이 super() 뒤에 .(점)을 붙여서 메서드를 호출하는 방식입니다.

 

• super().메서드()

실행을 해보면 기반 클래스 Person의 속성인 hello가 잘 출력됩니다. super().__init__()와 같이 기반 클래스 Person의 __init__ 메서드를 호출해주면 기반 클래스가 초기화되어서 속성이 만들어집니다. 실행 결과를 보면 'Student __init__'과 'Person __init__'이 모두 출력되었습니다.

 

(위 코드를 보면) super()를 사용해서 기반 클래스의 init 메서드가 호출되어서 Person init 이 프린트됨을 볼 수 있고 james에 .hello 도 들어감을 확인할 수 있습니다.

 

기반 클래스 Person의 속성 hello를 찾는 과정을 그림으로 나타내면 다음과 같은 모양이 됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

---보충 설명--- : 좀 더 코드를 나눠서 보면서 하는 설명 :) divide and conquer !!!

(위 코드를 실행하면) 매직 메서드인 init 은 자동으로 인스턴스화 할 때 실행됩니다. 순서는 파생 클래스인 Student의 init 이 먼저 실행되고, 파생 클래스 init 이 실행됨을 프린트 출력문 순서로 확인할 수 있습니다.

 

(위 코드를 보면) 파생 클래스의 인스턴스 속성('파이썬 코딩 도장')과 기반 클래스의 인스턴스 속성('안녕하세요.')이 잘 들어가 있음을 확인할 수 있습니다.

 

36.3.2 기반 클래스를 초기화하지 않아도 되는 경우 

파생 클래스에 init 메서드가 없다면 기반 클래스의 init 이 자동으로 호출되므로 기반 클래스의 속성을 사용할 수 있습니다.

 

이처럼 파생 클래스에 __init__ 메서드가 없다면 기반 클래스의 __init__이 자동으로 호출되므로 기반 클래스의 속성을 사용할 수 있습니다.

 

super는 다음과 같이 파생 클래스와 self를 넣어서 현재 클래스가 어떤 클래스인지 명확하게 표시하는 방법도 있습니다. 물론 super()와 기능은 같습니다.

 

사실 이렇게 명확하게까지 해줄 필요가 있나 싶기도 하지만... 클래스가 많거나 코드가 늘어나면 코드가 헷갈리거나 하는 경우 생각하면 이렇게 명확히 해주는게 협업하기에 좋을 거 같다라는 생각이 듭니다 ~ :)

36.4 메서드 오버라이딩 사용하기 

이번에는 파생 클래스에서 기반 클래스의 메서드를 새로 정의하는 메서드 오버라이딩에 대해 알아보겠습니다. 다음과 같이 Person의 greeting 메서드가 있는 상태에서 Student에도 greeting 메서드를 만듭니다.

 

(위 코드를 보면) greeting 메서드를 부르니 파생 클래스의 greeting이 호출됨을 확인할 수 있습니다.

 

오버라이딩(overriding)은 무시하다, 우선하다라는 뜻을 가지고 있는데 말 그대로 기반 클래스의 메서드를 무시하고 새로운 메서드를 만든다는 뜻입니다. 여기서는 Person 클래스의 greeting 메서드를 무시하고 Student 클래스에서 새로운 greeting 메서드를 만들었습니다.

 

오버라이딩된 메서드에서 super()로 기반 클래스의 메서드를 호출해봅니다. Student의 greeting에서 super().greeting()으로 Person의 greeting을 호출했습니다. 즉, 중복되는 기능은 파생 클래스에서 다시 만들지 않고, 기반 클래스의 기능을 사용하면 됩니다. 이처럼 메서드 오버라이딩은 원래 기능을 유지하면서 새로운 기능을 덧붙일 때 사용합니다.

36.5 다중 상속 사용하기

다중 상속은 여러 기반 클래스로부터 상속을 받아서 파생 클래스를 만드는 방법입니다. 다음과 같이 클래스를 만들 때 ( )(괄호) 안에 클래스 이름을 ,(콤마)로 구분해서 넣습니다.

 

class 기반클래스이름1:    

    코드  

class 기반클래스이름2:    

    코드  

class 파생클래스이름(기반클래스이름1, 기반클래스이름2):    

    코드

 

먼저 기반 클래스 Person과 University를 만들었습니다. 그다음에 파생 클래스 Undergraduate를 만들 때 class Undergraduate(Person, University):와 같이 괄호 안에 Person과 University를 콤마로 구분해서 넣었습니다. 이렇게 하면 두 기반 클래스의 기능을 모두 상속받습니다.

 

(13~16 line) 에서 Undergraduate 클래스의 인스턴스로 Person의 greeting과 University의 manage_credit을 호출할 수 있습니다.

 

이를 그림으로 표현하면

 

과 같습니다. 

36.5.1 다이아몬드 속성

 

기반 클래스 A가 있고, B, C는 A를 상속받습니다. 그리고 다시 D는 B, C를 상속받습니다. 이 관계를 그림으로 나타내면 다음과 같은 모양이 됩니다.

 

클래스 간의 관계가 다이아몬드 같이 생겼죠? 그래서 객체지향 프로그래밍에서는 이런 상속 관계를 다이아몬드 상속이라 부릅니다.

여기서는 클래스 A를 상속받아서 B, C를 만들고, 클래스 B와 C를 상속받아서 D를 만들었습니다. 그리고 A, B, C 모두 greeting이라는 같은 메서드를 가지고 있다면 D는 어떤 클래스의 메서드를 호출해야 할까요? 조금 애매합니다.

 

프로그래밍에서는 이렇게 명확하지 않고 애매한 상태를 좋아하지 않습니다. 프로그램이 어떨 때는 A의 메서드를 호출하고, 또 어떨 때는 B 또는 C의 메서드를 호출한다면 큰 문제가 생깁니다. 만약 이런 프로그램이 우주선 발사에 쓰인다면 정말 끔찍합니다. 그래서 다이아몬드 상속은 문제가 많다고 해서 죽음의 다이아몬드라고도 부릅니다.

36.5.2 메서드 탐색 순서 확인 

많은 프로그래밍 언어들이 다이아몬드 상속에 대한 해결책을 제시하고 있는데 파이썬에서는 메서드 탐색 순서(Method Resolution Order, MRO)를 따릅니다.

다음과 같이 클래스 D에 메서드 mro를 사용해보면 메서드 탐색 순서가 나옵니다(클래스.__mro__ 형식도 같은 내용)

• 클래스.mro()

MRO에 따르면 D의 메서드 호출 순서는 자기 자신 D, 그 다음이 B입니다. 따라서 D로 인스턴스를 만들고 greeting을 호출하면 B의 greeting이 호출됩니다( D는 greeting 메서드가 없으므로).

 

 

파이썬은 다중 상속을 한다면 class D(B, C):의 클래스 목록 중 왼쪽에서 오른쪽 순서로 메서드를 찾습니다. 그러므로 같은 메서드가 있다면 B가 우선합니다. 만약 상속 관계가 복잡하게 얽혀 있다면 MRO를 살펴보는 것이 편리합니다.

 

<!-- **TMI**
파이썬에서 object는 모든 클래스의 조상입니다. 그래서 int의 MRO를 출력해보면 int 자기 자신과 object가 출력됩니다.

 

또, 파이썬 3에서 모든 클래스는 object 클래스를 상속받으므로 기본적으로 object를 생략합니다. 다음과 같이 클래스를 정의한다면 괄호 안에 object를 넣은 것과 같습니다.

 

 

파이썬 2에서는 class X:가 old-style 클래스를 만들고, class X(object):가 new-style 클래스를 만들었습니다. 그래서 파이썬 2에서는 이 둘을 구분해서 사용해야 했지만, 파이썬 3에서는 old-style 클래스가 삭제되었고 class X:와 class X(object): 모두 new-style 클래스를 만듭니다. 따라서 파이썬 3에서는 괄호 안에 object를 넣어도 되고 넣지 않아도 됩니다.

 

--> 

 

36.6 추상 클래스 

파이썬은 추상 클래스(abstract class)라는 기능을 제공합니다. 추상 클래스는 메서드의 목록만 가진 클래스이며 상속받는 클래스에서 메서드 구현을 강제하기 위해 사용합니다.

 

먼저 추상 클래스를 만들려면 import로 abc 모듈을 가져와야 합니다( abc는 abstract base class의 약자입니다). 그리고 클래스의 ( )(괄호) 안에 metaclass=ABCMeta를 지정하고, 메서드를 만들 때 위에 @abstractmethod를 붙여서 추상 메서드로 지정합니다.

 

from abc import * 

 

class 추상클래스이름(metaclass=ABCMeta):

    @abstractmethod

    def 메서드이름(self):

        코드

 

위에서는 from abc import *로 abc 모듈의 모든 클래스와 메서드를 가져왔습니다. 만약 import abc로 모듈을 가져왔다면 abc.ABCMeta, @abc.abstractmethod로 사용해야 합니다.

 

그럼 학생 추상 클래스 StudentBase를 만들고, 이 추상 클래스를 상속받아 학생 클래스 Student를 만들어보겠습니다.

 

실행을 해보면 에러가 발생합니다. 왜냐하면 추상 클래스 StudentBase에서는 추상 메서드로 study와 go_to_school을 정의했습니다. 하지만 StudentBase를 상속받은 Student에서는 study 메서드만 구현하고, go_to_school 메서드는 구현하지 않았으므로 에러가 발생합니다.

 

따라서 추상 클래스를 상속받았다면 @abstractmethod가 붙은 추상 메서드를 모두 구현해야 합니다. 다음과 같이 Student에서 go_to_school 메서드도 구현해줍니다.

 

모든 추상 메서드를 구현하니 실행이 잘 됩니다.

StudentBase는 학생이 반드시 해야 하는 일들을 추상 메서드로 만들었습니다. 그리고 Student에는 추상 클래스 StudentBase의 모든 추상 메서드를 구현하여 학생 클래스를 작성했습니다. 이처럼 추상 클래스는 파생 클래스가 반드시 구현해야 하는 메서드를 정해줄 수 있습니다.

 

추상 클래스는 메서드의 목록만 가진 클래스이며 상속받는 클래스에서 메서드 구현을 강제하기 위해 사용합니다. 이전 코드에서 상속받는 클래스 안에 @abstractmethod 메서드를 구체적으로 하나 만들어주지 않아서 에러가 발생하는 것을 볼 수 있습니다. 일단 껍데기를 만들어놓고, 그 껍네기 내부에 내용물을 채워줘야 기능이 되게끔 구현해주는 것이 추상 클래스라고 생각하면 됩니다.껍데기만 있는 상태로는 에러가 발생하며 반드시 껍데기의 내용물을 넣어주라는 의미입니다. '메서드 구현'을 '강제'한다는 의미를 곱씹어 주시면 좋을 거 같습니다. 

 

참고로 추상 클래스의 추상 메서드를 모두 구현했는지 확인하는 시점은 파생 클래스가 인스턴스를 만들 때입니다. 따라서 james = Student()에서 확인합니다(구현하지 않았다면 TypeError 발생).

 

36.6.1 추상 메서드를 빈 메서드로 만드는 이유 

 

그리고 또 한 가지 중요한 점이 있는데 추상 클래스는 인스턴스로 만들 수가 없다는 점입니다. 다음과 같이 추상 클래스 StudentBase로 인스턴스를 만들면 에러가 발생합니다.

 

그래서 지금까지 추상 메서드를 만들 때 pass만 넣어서 빈 메서드로 만든 것입니다. 왜냐하면 추상 클래스는 인스턴스를 만들 수 없으니 추상 메서드도 호출할 일이 없기 때문이죠.

정리하자면 추상 클래스는 인스턴스로 만들 때는 사용하지 않으며 오로지 상속에만 사용합니다. 그리고 파생 클래스에서 반드시 구현해야 할 메서드를 정해 줄 때 사용합니다.

 

위 내용은 길벗 출판사의 '파이썬 코딩 도장'을 참고하여 정리한 내용입니다. 

 

다음 시간에도 유용한 내용 포스팅 하겠습니다 :)