WAY 15. 클로저가 변수 스코프와 상호 작용하는 방법을 알자

클로저를 이용한 예제

• 리스트 정렬 예제
  • 특정 그룹의 숫자들이 먼저 오도록 우선순위를 매기는 경우:
    • sort 메서드에 헬퍼 함수를 key 인수로 넘기는 방법

def sort_priority(values, group):
    def helper(x):
        if x in group:
            return (0, x)
        return (1, x)
    values.sort(key=helper)

numbers = [8, 3, 1, 2, 5, 4, 7, 6]
group = {2, 3, 5, 7}
sort_priority(numbers, group)
print(numbers)

>>>
[2, 3, 5, 7, 1, 4, 6, 8]

위의 정렬 예제가 동작하는 이유

• 파이썬은 클로저(closure)를 지원
  • 클로저: 자신이 정의한 스코프에 있는 변수를 참조하는 함수
  • helper 함수가 sort_priority의 group 인수에 접근할 수 있는 것
• 함수는 파이썬에서 일급 객체(first-class object)
  • 일급 객체?
    • 변수에 할당 가능
    • 다른 함수의 인수로 전달 가능
    • 표현식과 if 문 등에서 비교 가능
  • 일급 객체이기 때문에 sort 메서드에서 클로저 함수를 key 인수로 받을 수 있는 것
• 파이썬에는 튜플을 비교하는 특정한 규칙 존재
  • 먼저 인덱스 0으로 아이템을 비교, 그 다음으로 인덱스 1, 그 다음은 인덱스 2와 같이 진행
  • 따라서 (0, x)가 (1, x) 보다 우선순위가 높음

정렬 예제 2: 우선순위가 높은 아이템을 발견했는지 여부를 추가적으로 확인

def sort_priority2(numbers, group):
    found = False                 # 스코프: "sort_priority2"
    def helper(x):
        if x in group:
            found = True          # 스코프: "helper"
            return (0, x)
        return (1, x)
    numbers.sort(key=helper)
    return found

numbers = [8, 3, 1, 2, 5, 4, 7, 6]
group = {2, 3, 5, 7}
found = sort_priority2(numbers, group)
print("Found: ", found)
print(numbers)

>>>
Found: False
[2, 3, 5, 7, 1, 4, 6, 8]

• 정렬 결과는 올바르지만 found 결과는 틀림
  • found 변수는 helper 클로저에서 True로 할당
  • 즉, sort_priority2에서 일어나는 할당이 아닌 helper 안에서 일어나는 새 변수 정의로 처리됨
  • 스코프 버그(scoping bug)라고도 불림
    • 사실은 버그가 아니고 함수의 지역 변수가 자신을 포함하는 모듈을 오염시키는 문제를 막아주는 기능

파이썬 인터프리터의 스코프 탐색 순서

• 이 중 어느 스코프에도 참조한 이름으로 된 변수가 정의되어 있지 않으면 NameError 예외가 일어남
  1. 현재 함수의 스코프
  2. (현재 스코프를 담고 있는 다른 함수 같은) 감싸고 있는 스코프
  3. 코드를 포함하고 있는 모듈의 스코프(전역 스코프라고도 함)
  4. (len이나 str같은 함수를 담고 있는) 내장 스코프

클로저에서 데이터를 얻어오기

• nonlocal 문
  • 특정 변수 이름에 할당할 때 스코프 탐색이 일어나야 함을 나타냄
  • 모듈 수준의 스코프까지는 탐색할 수 없다는 제약: 전역 변수의 오염을 피하기 위함
• nonlocal을 이용한 예제

def sort_priority2(numbers, group):
    found = False
    def helper(x):
        nonlocal found
        if x in group:
            found = True
            return (0, x)
        return (1, x)
    numbers.sort(key=helper)
    return found

• nonlocal 문의 특징:
  • 데이터를 다른 스코프에 할당하는 시점을 알아보기 쉽게 함
  • global 문 보완
    • global 문은 변수 할당이 모듈 스코프에 직접 들어가게 함
  • 간단한 함수 이외에는 사용하지 않는 것이 좋음
    • nonlocal 문과 관련 변수에 대한 할당이 멀리 떨어진 긴 함수에서는 이해하기 더욱 어려움
    • 복잡해지기 시작하면 헬퍼 클래스로 상태를 감싸는 방법을 이용할 수 있음

class Sorter(object):
    def __init__(self, group):
        self.group = group
        self.found = False
    
    def __call__(self, x):
        if x in self.group:
            self.found = True
            return (0, x)
        return (1, x)

sorter = Sorter(group)
numbers.sort(key=sorter)
assert sorter.found is True

파이썬2의 스코프

• 파이썬2는 nonlocal 키워드를 지원하지 않음
• 위의 예제와 비슷한 동작을 하는 파이썬2의 코드

# 파이썬2
def sort_priority(numbers, group):
    found = [False]
    def helper(x):
        if x in group:
            found[0] = True
            return (0, x)
        return (1, x)
    numbers.sort(key=helper)
    return found[0]

• found가 mutable한 리스트임
• 따라서 클로저에서 일단 found를 받아온 후에는 내부 스코프에서 found[0]=True로 found의 상태를 바꿔서 데이터를 보낼 수 있음
• 리스트가 아니라 다른 mutable한 객체 또는 클래스를 활용할 수 있음(딕셔너리 또는 셋)