파이썬에서 제네릭 함수 정의하기 – singledispatch

어떤 하나의 함수 (혹은 겉으로 보기에 이름이 다른 여러 다른 함수)가 여러 타입의 인자를 받고, 인자의 타입에 따라 적절한 동작을 하는 함수를 제네릭 함수라고 한다. C++이나 Swift에 이런 제네릭 관련 기능이 언어 레벨에서 지원되는데, 사실 파이썬은 동적 타입 언어이기 때문에 언어수준의 명시적인 제네릭 지원 기능은 없다.¹

파이썬의 제네릭

비록 파이썬이 동적 타입 언어이기는 하지만, 파이썬 내에는 제네릭과 비슷한 함수들이 있다. 기본 함수 중 len() 함수는 리스트, 집합, 사전, 문자열 등 타입에 대해 객체의 길이값을 구할 수 있다. 이 때 길이는 구하는 방법은 타입마다 다를 수 있기 때문에 len()이 실제로 동작하는 방식은 인자로 전달된 객체의 타입에 따라 달라져야 할 것이다.
사실 이처럼 파이썬은 아주 오래 전부터 내장함수들에 대해서 제네릭처럼 동작하는 방식을 사용해왔으나, 사용자가 순서 파이썬 문법만으로 제네릭 함수를 작성하여 사용하는 것은 매우 까다로웠다.

PEP443 – singledispatch

이 불편함에서 출발한 PEP443은 제네릭을 생성하는 아주 쉬운 표준 라이브러리 모듈을 제공하기 위한 기능을 정의한 제안이다. 이 제안의 최종안은 2013년에 표준 파이썬 구현에 포함되는 것이 확정되었고, 파이썬 3.4.3에서 functools 모듈²에 singledispatch가 도입되었다.
singledispatch는 단일 디스패치 제네릭을 구현하는 방법을 제공한다. singledispatch 자체는 사실 함수를 래핑해주는 함수이며, 래핑된 결과는 다시 인자의 타입이 특정 타입이 될 때 호출될 별도의 함수를 래핑하는 함수가 된다. 즉 데코레이터를 생성하는 데코레이터를 생성하는 데코레이터이다. 말은 복잡해 보이지만, 사용방법은 상당히 단순하다.

사용법

singledispatch를 통해서 제네릭 함수를 정의하는 방법은 다음과 같다.

1. @singledispatch 데코레이터를 통해서 임의의 함수 a를 만든다. 이렇게 만들어진 a 자체는 타입이 정의되지 않은 함수로, 기본적으로 일반 파이썬 함수와 다르지 않다.
2. 다시 @a.register(type)을 통해서 특정 파라미터 타입에 대한 함수를 정의할 수 있다 . 이때, 장식을 받은 함수의 이름을 어떤 것이어도 상관없고, 함수 a는 인자의 타입이 type과 동일한 경우에는 이곳에서 정의한 함수를 호출하게 된다.

예제를 보면 좀 더 명확하게 이해가 될 것이다.

from functools import singledispatch
@singledispatch
def fun(x):
    print("This is default behavior:", x)
@fun.register(int)
## x가 정수타입인 경우에는 fun은 아래 코드를 실행하게된다.
def _(x):
    print("I like Integer:", x)
@fun.register(str)
def _(x):
    print("string is strong:", x.upper())
@fun.register(float)
def _(x):
    print("floating number is beautifule:", x/2)

위 예에서 @singledispatch 데코레이터를 통해서 정의한 fun() 함수는 디폴트 동작으로 정의된다. 그리고 다시 @fun.register()를 통해서 특정한 타입의 변수가 들어오는 경우, 해당 타입에 대한 동작을 따로 등록하여 특정 타입인 경우의 동작을 별도로 정의한다. 이는 일종의 오버로드로도 볼 수 있으며, 동일 함수가 호출되었으나 타입에 따라서 다른 코드를 실행한다는 점에서 말 그대로 single dispatch generic이라고 표현한다.

>>> fun('apple')
string is strong: APPLE
>>> fun(12)
I like Integer: 12
>>> fun(12.0)
floating number is beautiful: 6.0

물론 새로 추가된지 4년 가까이 되었음에도 이런 기능을 소개하는 자료가 별로 없었던 걸 보면, 제네릭은 아주 특별한 경우에 필요한 일부 사람들에게 절실한 기능이었는지도 모른다. 언뜻 생각할 때 동적 언어에서 제네릭이 무슨 소용이 있나 싶은 생각도 들었지만, 제네릭을 이용하면 특정 타입 외부에 있는 함수가, 상이한 타입들에 대해서 같은 이름을 사용하는 방식을 통해서 인터페이스를 통일하고 깔끔한 구조를 가질 수 있게 해준다는 점에서 매우 의미있는 접근이라고 생각된다.