파이썬 추상 클래스로 Comparable 타입 선언하기

파이썬에서 타입 어노테이션을 붙일 때, 제네릭 타입에 대해서는 typing.TypeVar 를 사용하면 일반적인 타입 T를 가정하고 정의할 수 있습니다. 그런데 이러한 타입 T에 대해서 특정한 성질을 만족하게끔 하는 조건을 넣고 싶은 경우가 있습니다. 예를 들어 리스트에 대한 버블 정렬 기능을 함수로 구현한다고 하면, 인자의 타입은 list[T] 와 같이 타입 T를 원소로 하는 리스트라고 명시할 수 있는데, 이 때 정렬을 위해서는 순서나 대소를 비교할 수 있어야 하므로, 타입 T 는 x > y 와 같이 대소를 비교할 수 있는 타입이어야 합니다.

파이썬에서는 특정한 성질을 가지는 타입들을 묵시적으로 “프로토콜”이라고 부르며 통칭하며, iterable 이나 awaitable 등의 용어를 사용하긴 하지만, 실제로 이러한 프로토콜이 언어적으로 정립되어 있지는 않습니다. 그렇지만 추상 메타 클래스를 사용하여 추상 클래스를 정의해 놓으면 TypeVar()의 bound= 인자를 사용해서 특정한 프로퍼티를 갖는 타입임을 명시할 수 있습니다. 이렇게 하면 T 타입이 특정한 메소드를 구현하고 있음을 가정할 수 있고, 함수 내부에서 타입 T를 갖는 두 원소들에 대해서 크기를 비교할 때, 타입에 관한 문제가 생기지 않습니다. 물론, 파이썬에서 타입 어노테이션은 구문 분석기 등의 추가적인 기능에서만 사용하며 실제로 코드가 실행되는 부분에는 영향을 주지 않기 때문에 사실은 없어도 무방한 부분입니다.

“비교”가 가능한 타입은 파이썬 내장 타입 중에서는 int, float, str이 있으며 사실 list, tuple 도 크기 비교가 가능합니다. (리스트끼리 혹은 튜플 끼리 비교하면 앞에서 순서대로 각 원소 끼리 비교합니다.)

비교가 가능한(comparable) 타입은 그 내부에 __gt__(), __lt__(),__eq__() 와 같은 매직 메소드를 가지고 있습니다. 따라서 이러한 메소드를 가지고 있는 추상 클래스를 작성한 다음, TypeVar() 를 사용할 때, bound= 키워드에 전달하면, 타입 T가 이러한 메소드들을 가지고 있다고 가정할 수 있게 됩니다. 그렇지 않고 그냥 T를 사용하게 되면 arr[i] > arr[i + 1] 과 같은 구문을 작성하면, 정적 분석기는 타입 T에 대해 > 연산을 사용할 수 없다고 경고 메시지를 출력합니다.

버블 정렬 함수의 구현에서는 > 연산만 사용할 것이기 때문에 __gt__() 를 갖는 타입 T를 가정하면 됩니다. 이 메소드를 갖도록 강제하는 추상 클래스는 abc.ABCMeta 를 사용하여 정의할 수 있습니다. 따라서 타입 힌트를 붙인 버블 정렬 함수는 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

from typing import TypeVar, Any
from abc import ABCMeta, abstractmethod

class Comparable(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def __gt__(self, other: Any) -> bool:
        return True

T = TypeVar("T", bound=Comparable)

def bubble_sort(arr: list[T]):
    l = len(arr)
    while True:
        finished = True
        for a in range(l - 1):
            f arr[a] > arr[a + 1]:
                finished = False
                arr[a], arr[a + 1] = arr[a + 1], arr[a]
        if finished:
            return

TypeVar() 를 정의할 때 bound= 키워드 인자에는 클래스가 들어가는데, 그렇다면 정의되는 새 타입은 해당 클래스나 그 서브클래스에 해당함을 의미합니다.