#python

메타클래스를 타입 등록에 활용

  • 프로그램에 있는 타입을 자동으로 등록
  • 등록(registration):
    • 간단한 식별자(identifier)를 대응하는 클래스에 매핑하는 역방향 조회(reverse lookup)를 수행할 때 유용

JSON 직렬화 예제

  • 파이썬 객체를 직렬화한 표현을 JSON으로 구현하는 예제
    • 객체를 얻어와서 JSON 문자열로 변환할 방법이 필요
  • 생성자 파라미터를 저장하고 JSON 딕셔너리로 변환하는 기반 클래스를 범용적으로 정의
class Serializable(object):
    def __init__(self, *args):
        self.args = args
        
    def serialize(self):
        return json.dumps({"args": self.args})
  • 이 클래스를 이용: Point2D처럼 간단한 불변 자료 구조를 문자열로 쉽게 직렬화: Point2D 객체 => JSON
class Point2D(Serializable):
    def __init__(self, x, y):
        super().__init__(x, y)
        self.x = x
        self.y = y
        
    def __repr__(self):
        return `Point2D(%d, %d)` % (self.x, self.y)

point = Point2D(5, 3)
print("Object: ", point)
print("Serialized:", point.serialize())

>>>
Object: Point2D(5, 3)
Serialized: {"args": [5, 3]}
  • 이 JSON 문자열을 역직렬화: JSON => Point2D 객체
  • 역직렬화하는 또 다른 클래스 정의
class Deserializable(Serializable):
    @classmethod    # 역직렬화를 수행하는 클래스 메서드
    def deserialize(cls, json_data):
        params = json.loads(json_data)
        return cls(*params["args"])

class BetterPoint2D(Deserializable):
    # ...

point = BetterPoint2D(5, 3)
print("Before:", point)
data = point.serialize()
print("Serialized:", data)
after = BetterPoint2D.deserialize(data)
print("After:", after)

>>>
Before: BetterPoint2D(5, 3)
Serialized: {"args": [5, 3]}
After: BetterPoint2D(5, 3)
  • 이 방법의 문제점?
    • 직렬화된 데이터에 대응하는 타입을 미리 알고 있을 때만 동작
      • 역직렬화 하고자하는 대상의 데이터 타입을 알고있어야 하기 때문
    • 우리가 원하는 것:
      • JSON으로 직렬화되는 클래스를 많이 갖추고
      • 그 중 어떤 클래스든 대응하는 파이썬 객체로 역직렬화하는 공통 함수를 하나만 두기를 원함
  • 그렇게 만들기 위해서는 직렬화할 객체의 클래스 이름을 JSON 데이터에 포함하면 됨
class BetterSerializable(object):
    def __init__(self, *args):
        self.args = args
        
    def serialize(self):
        return json.dumps({"class": self.__class__.__name__,
                           "args": self.args})
    
    def __repr__(self):
        # ...
  • 그 다음으로 클래스 이름을 해당 클래스의 객체 생성자에 매핑하고 이 매핑을 관리
  • 범용 deserialize 함수는 register_class에 넘긴 클래스가 어떤 것이든 제대로 동작
registry = {}

def register_class(target_class):     # 클래스 이름을 해당 클래스의 객체 생성자에 매핑
    registry[target_class.__name__] = target_class
    
def deserialize(data):                # 범용 deserialize 함수
    params = json.loads(data)
    name = params["class"]
    target_class = registry[name]
    return target_class(*params["args"])
  • 추후에 역직렬화할 법한 모든 클래스에 register_class를 호출 => deserialize가 항상 제대로 동작하게끔 만들 수 있음
class EvenBetterPoint2D(BetterSerializable):
    def __init__(self, x, y):
        super().__init__(x, y)
        self.x = x
        self.y = y
        
register_class(EvenBetterPoint2D)     # 클래스에 register_class를 호출 => deserialize가 동작하게 할 수 있는 목록에 추가
  • 이제 어떤 클래스든 임의의 JSON 문자열을 역직렬화할 수 있음
point = EvenBetterPoint2D(5, 3)
print("Before:", point)
data = point.serialize()
print("Serialized:", data)
after = deserialize(data)
print("After:", after)

>>>
Before: EvenBetterPoint2D(5, 3)
Serialized: {"class": "EvenBetterPoint2D", "args": [5, 3]}
After: EvenBetterPoint2D(5, 3)
  • 이 방법의 문제:
    • register_class를 호출하는 것을 매번 해줘야 함
    • 등록을 잊은 클래스의 객체를 런타임에 역직렬화하려 할 때 코드가 중단되는 원인

메타클래스를 이용한 범용성 확보

  • 프로그래머가 의도한 대로 BetterSerializable을 사용하고 모든 경우에 register_class가 호출된다고 확신할 수 있으려면?
    • 메타클래스를 이용하여 서브클래스가 정의될 때 class 문을 가로채는 방법으로 만들 수 있음
    • 메타클래스로 클래스 본문이 끝나자마자 새 타입을 등록하면 됨
class Meta(type):
    def __new__(meta, name, bases, class_dict):
        cls = type.__new__(meta, name, bases, class_dict)
        register_class(cls)
        return cls

class RegisteredSerializable(BetterSerializable, metaclass=Meta):
    pass
  • RegisteredSerializable의 서브클래스를 정의할 때 register_class가 호출되어 deserialize가 항상 기대한 대로 동작할 것이라고 확신할 수 있음
class Vector3D(RegisteredSerializable):
    def __init__(self, x, y, x):
        super().__init__(x, y, z)
        self.x, self.y, self.z = x, y, z

v3 = Vector3D(10, -7, 3)
print("Before:", v3)
data = v3.serialize()
print("Serialized:", data)
print("After:", deserialize(data))

>>>
Before: Vector3D(10, -7, 3)
Serialized: {"class": "Vector3D", "args": [10, -7, 3]}
After: Vector3D(10, -7, 3)

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