[Python101] 005 함수,모듈, 그리고 도움이 되는 도구들

지난 시간까지 기본적인 프로그래밍에 필요한 “입출력”을 다루는 부분을 간단하게 나마 살펴보았다. 실제로 지금까지의 내용은 뭔가 설명이 필요하거나 개념적인 이해를 도모하는 부분과는 조금 거리가 있었고, 마치 조리법처럼 “이렇게 하면 이렇게 이렇게 됩니다.” 정도였기에 경우에 따라서는 조금 재미도 떨어지고 지겨운 부분이 없지 않아 있었을 것으로 생각된다.

이번 시간부터는 프로그램을 구성하는 단위와 이를 어떻게 만드는지, 그리고 프로그램의 흐름은 어떤 식으로 만들어지는지를 살펴보고자 한다.

모듈

모듈(Module)이라는 것은 다른 것으로 대체 가능한 어떤 구성 요소를 뜻하는데, 파이썬에서는 미리 만들어두었다가 필요할 때 꺼내 쓰는 레고 조각같은 프로그램의 조각을 말한다. 보통 프로그램의 소스 코드가 몇 백줄에서 몇 천줄까지 커지는 크고 복잡한 프로그램을 만든다면 이를 하나의 파일에 모두 작성하게 되면 사소한 오타로 인해 발생하는 에러를 잡기도 힘들어지고, 나중에 어떤 부분을 수정해야할 때 큰 범위를 일일이 찾아야 하므로 상당히 불편하고 어려워진다. 파이썬 프로그램 소스는 그 단위 단위가 모두 ‘모듈’이고, (뒤에서 설명할) 단위 프로그램 내의 함수나 클래스 같은 것들도 한 편으로는 모듈이라고 할 수 있다.

예를 들어 운영 체제에서 어떤 파일이나 폴더가 있는지를 검사하고, 파일을 복사, 삭제하거나, 폴더에 파일이 몇 개나 들어있는지를 알아내는 함수들을 만들었다고 하자. 나중에 이런 기능을 다른 프로그램에서도 사용해야 한다면, 그 때가서 똑같은 기능을 일일이 구현하는 것은 상당히 번거로운 일이 될 수도 있다.

그래서 이런 여러 개의 함수를 path(경로)라는 모듈로 묶어준다. 그리고 이런 경로와 관련된 것외에 운영체제의 특성이나 명령과 관련되는 모듈들을 다시 묶어서 os라는 모듈로 만들어둘 수 있겠다. 그리고 이게 파이썬이 기본적으로 제공하는 os 라이브러리의 정체가 된다.


from os.path import exists

라는 구문을 통해서 파일의 존재여부를 알아낼 수 있는 exists()라는 함수를 이미 사용해 본 바가 있다. (이는 우리가 구현한 것이 아니라 이미 구현되어 있는 함수를 가져다 사용한 예이다.)

파이썬을 설치하면 기본적으로 함께 설치되는 표준 라이브러리에도 활용가치가 높은 모듈들이 많이 있으며, 또 이미 많은 개발자들이 유용한 모듈들을 만들어서 공개해두고 있어 엄청나게 많은 활용 가능한 모듈들이 있다. 그래서 파이썬으로 작은 유틸리티를 만드는 일은 무척이나 쉬울 수 있다. (거의 필요한 기능들은 찾아보면 다 만들어져 있어서) 마치 레고로 자동차를 조립하는 것처럼 핸들, 바퀴, 차대 등의 부속품을 import 하여 필요한 모듈들이 함께 동작하도록 만들어주면 되는 것이다.

import / from… import

지금 편집하고 있는 소스코드 파일이 아닌 다른 곳에서 모듈을 가져와서 사용할 때 import 명령을 사용한다. import 명령은 다른 모듈 파일의 전체 혹은 일부를 현재 프로그램으로 반입해 오는 명령이다. 반입한 객체는 마치 미리 정의한 것과 같은 효과를 갖게 된다. 덕분에 프로그램 소스 코드가 간결해지고, 만들어야 하는 코드가 적어진다. (게다가 이렇게 모듈로 만들어둔 프로그램은 다른 프로그램에서 쉽게 재사용할 수 있게 된다.)

또한 모듈로 작성된 파일 내에서 그 일부만 반입해오는 경우에는 from 모듈이름 import 실제 반입할 모듈과 같은 식으로 코드를 반입할 수 있다.

모듈을 통째로 반입한 경우에는 그 하위에 있는 함수를 사용할 때 모듈.함수()와 같은 식으로 . 구분자를 써서 이들을 연결해 줘야 하지만 from 모듈 import 함수한 경우에는 함수 이름을 그대로 사용해주면 된다.

실제로 모듈을 만들어서 사용하는 예는 이 글의 말미에서 다시 다루기로 하고, 이번에는 함수에 대해 알아보도록 하겠다.

함수

함수는 프로그래밍에서 가장 중요한 개념 중의 하나이다. 함수는 “가장 작은 온전한 프로그램의 최소 단위”이다. 이 말이 무슨 뜻인고 하니, 우리가 흔히 ‘함수’라고 하면 y=2x+5와 같이 중고등학교 수학시간에 배운 함수를 떠올리게 된다. 음… 맞다. 함수는 딱 저렇게 생겨서 동작하게 된다. 여전히 감이 잘 오지 않는데, 이 함수를 잘 살펴보도록 하자.

x = 1 을 넣으면 y = 7이 된다.` x = 2` 를 넣으면 y = 9가 된다. 즉 어떤 값을 입력 (x에 대입)해 주면 이 값을 처리하여 그 결과값을 돌려주고 있다. 그리고 그 결과는 “입력된 값을 2배하고, 거기에 5를 더한다”는 처리를 한 결과값이다.

프로그래밍에서의 함수는 “가장 작은 프로그램의 단위”라고 했다. 프로그램 자체가 입력을 받아 이를 처리하고 그 결과를 출력해주는 기계 장치이므로, 이러한 프로그램의 특성을 함수는 그대로 가지고 있다. 그래서 프로그램 그 자체도 함수이며, 프로그램은 작고, 많은 함수들이 결합된 형태로 만들어진다.

그럼 어떤 기능을 함수로 만들면 좋을까? 답은 “반복적으로 하게 되는 작업”을 함수로 만들면 된다. 그 역시 감이 잘 오지 않는다면 “함수는 타이핑을 줄여주는 테크닉“이라고 처음에 생각해도 크게 무리가 없다.

함수 만들기

실제로 함수를 한 번 만들어 보자. 함수를 만드는 키워드는 def 이다. 함수는 다음과 같이 생성한다.

def 함수이름(인자값, ...):
    # << 어떤 동작을 하는 코드들 >>
    return 반환값 

def 키워드 다음에 함수의 이름을 쓴다. 그런 다음 함수가 받는 인자값의 이름을 써준다. 문장의 끝은 콜론으로 끝나고, 실제 함수가 해야 하는 동작은 모두 들여쓰기 해준다. 위에서 이야기한 y = 2x + 5를 파이썬 함수로 만들어보자.

def doublePlusFive(x):
    y = 2*x + 5
    return 5

print(doublePlusFive(1)) #==> 7
print(doublePlusFive(2)) #==> 9
print(doublePlusFive(5)) #==> 15

물론 위의 예제에서는 함수를 만드는 예를 보이다보니 저럴 거면 왜 함수를 쓰느냐고 할 수 있는데, 만약 섭씨나 화씨 온도를 서로 변환해야 하는 경우를 생각해보자. 섭씨온도를 화씨 온도로 바꾸는 식은 다음과 같다.

℉ = ℃ * 9 / 5 + 32

반대로 화씨 온도를 섭씨온도로 바꾸는 식은 다음과 같다. (위의 식을 바꾼 것에 지나지 않는다.)

℃ = (℉ - 32) * 5 / 9

그럼 화씨와 섭씨를 각각 바꿔주는 함수는 다음과 같이 작성할 수 있을 것이다.

#ex12.py
def FtoC(fh):
    return (fh-32) * 5 / 9.0

    def CtoF(cd):
        return cd*9/5.0 + 32

이렇게 함수로 만들어두면 나중에는 FtoC(45) 라고만 쓰면 화씨 45도가 섭씨 몇 도에 해당하는지 쉽게 알 수 있게된다. 만약 코드상으로 저 공식을 바로 사용하는 것도 “똑같은” 방법이라 할 수 있겠지만 1) 시간이 지나고 나서는 이 공식이 뭔지 기억이 안날 수도 있고, 2) 나중에 다시 같은 공식을 써야할 때 공식이 생각나지 않는 경우가 생길 수 있다.

대신에 함수를 사용하면 1)함수의 이름으로 이게 무슨 처리를 하는지 유추할 수 있고1 2) 함수를 모듈로 만들어 놓으면 굳이 공식을 기억하지 않아도 함수를 바로 사용할 수 있다.

함수와 모듈

위의 소스 코드를 ex12.py로 저장하고 이를 모듈로 사용하는 ex13.py를 새로 작성해보도록하자.

#ex13.py
#이 파일은 ex12.py와 같은 폴더에 저장해야 함.

import ex12

celsius = 25
farenheit = 45

print("섭씨 %d도는 화씨로 %f입니다." % (celsius, ex12.CtoF(celsius))
        print("화씨 %d도는 섭씨로 %f입니다." % (farenheit, ex12.FtoC(farenheit))

ex13.py는 ex12.py의 내용을 ex12라는 이름의 모듈로 입수한다. 우리가 이미 작성한 ex12.py 파일내의 모든 내용이 이 부분에 덧붙는 다고 생각하면 된다.

또한 우리가 반입한 내용이 ex12 전체이기 때문에 그 속에 들어있는 함수를 사용할 때는 ex12.FtoC(), ex12.CtoF()와 같은 식으로 반입한 모듈의 이름을 앞에 붙여주고 점(.)으로 구분해 준다. 만약 FtoC(), CtoF()의 이름을 그대로 사용하고 싶다면 다음과 같이 import 구문을 바꿔주면 된다.

from ex12 import FtoC
from ex12 import CtoF

모듈의 위치

모듈로 반입해 올 수 있는 파일의 위치는 특정한 범위로 제한된다. 현재 실행되는 프로그램 소스와 같은 폴더에 있거나, 파이썬의 표준 모듈 폴더에 있어야 한다. 이 표준 모듈 폴더는 sys.path라는 곳에 저장되어 있는데 여기에 특정한 폴더를 추가해 줄 수도 있다. 이 방법에 대해서는 나중에 다시 살펴볼 기회가 있을 것이다.

대화형 쉘 활용하기

지금까지 대화형 쉘은 그저 “계산기” 정도의 용도로 쓴 것이 사실이다. 단순히 하나의 명령이 어떤 일을 하는지 이미 알고 있는 상황에서 print 명령을 쓴다거나 하는 일이 그리 ‘효율적’으로 느껴질리도 없다. 지금부터는 대화형 쉘을 어떻게 활용할 수 있는지 살펴보겠다.

함수를 테스트하기

대화형 쉘은 기본적으로 한 번에 한 줄의 명령을 실행할 수 있도록 만들어져 있다. 즉 명령문을 입력하고 엔터키를 누르면 해당 명령이 바로 실행되어 즉시 그 결과를 볼 수 있는 것이다.

하지만 함수를 만드는 def 구문을 쓸 때는 엔터를 누르더라도 바로 실행되지 않는다. 위에서 예를 들었던 doublePlusFive() 함수를 대화형 쉘 모드에서 입력해보라. def doublePlusFive(x): 하고 엔터를 누르면 프롬프트가 나오지 않고 들여쓰기 상태가 된다. 이 상태에서 함수의 나머지 코드를 입력하고, 엔터를 두 번 누르면 결과가 출력되지 않고 다시 프롬프트가 표시된다.


>>> def doublePlusFive(x):
y = 2*x+5
return y

>>> doublePlusFive(7)
19

다시 프롬프트에서 doublePlusFive(7)을 입력하고 엔터를 치면 해당 함수가 실행되어 계산 결과를 표시하게 된다. 즉 대화형 쉘은 메모리에 만들어진 수식이나 읽어들인 외부 모듈을 계속 가지고 있으므로 간단한 ‘테스트’를 해보는 데 큰 도움이 된다. 특히 앞으로 배우게 될 리스트와 관련하여 애매한 부분들은 대화형 쉘에서 간단히 시험해봄으로써 정확한 명령문을 결정하는 데 도움이 될 수 있다.

모듈 함수의 도움말을 보기

help() 명령은 특정한 모듈 혹은 함수의 도움말을 표시해주는 명령이다. 백문이 불여일견, help(max)라고 대화형 쉘에서 실행해보자. max()는 이름에서 유추할 수 있지만 최대 값을 구하는 함수이다. 이 함수의 help 결과는 다음과 같다.


>>> help(max)
Help on built-in function max in module __builtin__:

max(...)
max(iterable[, key=func]) -> value
max(a, b, c, ...[, key=func]) -> value

With a single iterable argument, return its largest item.
With two or more arguments, return the largest argument.

help에서 표시하는 정보는 max__builtins__ 라는 특별한 이름의 모듈에 속해 있는 함수임을 알 수 있고, max(a, b, c, d...) 이런 식으로 쓰면 그 중에서 가장 큰 값을 반환한다는 설명을 볼 수 있다.

그러면 한 번 테스트해보자.


>>> someNumbers = (1,2,3,4,5)
>>> max(someNumbers)
    5

someNumber라는 변수에 (1,2,3,4,5) 라는 숫자 묶음을 대입해주고, max를 통해 someNumber 중에서 가장 큰 숫자를 구하는 명령을 실행해보면 최대 값을 구해 반환하는 것을 볼 수 있다.

모듈이 어떤 기능을 수행할 수 있는지를 살펴보는 방법

우리는 방금 ‘최대값’을 구하는 함수를 어떻게 사용하는지 살펴보았다. 그렇다면, 반대로 최대값을 구하는 함수도 있지 않을까? 이름으로 유추해보자면 min()이라는 함수가 있을 것 같다. 그럼 그런 함수가 있는지 없는 지 어떻게 알 수 있을까?

이럴 때 유용하게 사용할 수 있는 함수가 있다. 바로 dir()이라는 내장 함수이다. 이 함수는 인자로 받은 모듈에 포함되어 있는 하위 기능을 모두 열거해준다.

우리는 조금전 help(max)에서 이 기능이 “builtins“라는 특별한 모듈에 속해있다고 하는 것을 보았다. 양끝에 언더바(_)가 두 개씩 붙은 것은 “내부적으로”라는 의미라고 이해하면 되고 실제 글자로는 built-in된 모듈이라는 의미이다. dir 함수는 모듈의 내부 구성 요소를 볼 수 있는 명령이라 하였으니 이 builtins 모듈의 내부에 정말 min 이라는 함수가 있는지 살펴보도록 하자.


>>> dir(__builtins__)
['ArithmeticError', 'AssertionError', 'AttributeError',
'BaseException', 'BufferError', 'BytesWarning',
'DeprecationWarning', 'EOFError', 'Ellipsis',
'EnvironmentError', 'Exception', 'False', 'FloatingPointError',
'FutureWarning', 'GeneratorExit', 'IOError', 'ImportError',
'ImportWarning', 'IndentationError', 'IndexError', 'KeyError',
'KeyboardInterrupt', 'LookupError', 'MemoryError', 'NameError',
'None', 'NotImplemented', 'NotImplementedError', 'OSError',
'OverflowError', 'PendingDeprecationWarning', 'ReferenceError',
'RuntimeError', 'RuntimeWarning', 'StandardError', 'StopIteration',
'SyntaxError', 'SyntaxWarning', 'SystemError', 'SystemExit',
'TabError', 'True', 'TypeError', 'UnboundLocalError',
'UnicodeDecodeError', 'UnicodeEncodeError', 'UnicodeError',
'UnicodeTranslateError', 'UnicodeWarning', 'UserWarning',
'ValueError', 'Warning', 'WindowsError', 'ZeroDivisionError',
'_', '__debug__', '__doc__', '__import__', '__name__',
'__package__', 'abs', 'all', 'any', 'apply', 'basestring',
'bin', 'bool', 'buffer', 'bytearray', 'bytes', 'callable',
'chr', 'classmethod', 'cmp', 'coerce', 'compile', 'complex',
'copyright', 'credits', 'delattr', 'dict', 'dir', 'divmod',
'enumerate', 'eval', 'execfile', 'exit', 'file', 'filter',
'float', 'format', 'frozenset', 'getattr', 'globals', 'hasattr',
'hash', 'help', 'hex', 'id', 'input', 'int', 'intern',
'isinstance', 'issubclass', 'iter', 'len', 'license',
'list', 'locals', 'long', 'map', 'max', 'memoryview', 'min',
'next', 'object', 'oct', 'open', 'ord', 'pow', 'print',
'property', 'quit', 'range', 'raw_input', 'reduce',
'reload', 'repr', 'reversed', 'round', 'set', 'setattr',
'slice', 'sorted', 'staticmethod', 'str', 'sum', 'super',
'tuple', 'type', 'unichr', 'unicode', 'vars', 'xrange', 'zip']

여기서 표시되는 이름들은 거의 모두가 내장 함수 혹은 내장 모듈들이다. 앞쪽에 대문자로 시작하는 것들은 거의 내장 모듈이나 상수들을 의미하며, 중간에 __로 둘러 싸여진 이름은 모듈 내에서 다시 “내부적으로” 사용되는 기능이다. 마지막에 abs… 부터가 실제 우리가 자주 사용하는 내장 함수 들의 이름이다.

이러한 내장 함수의 이름이나 사용법을 절대로 다 외울 필요가 없다. 앞으로 공부를 해 나가면서 필요한 함수들은 그만큼 자주 사용하게 될 것이니 자연스럽게 익히게 될 것이다. 대신, 뭔가 새로운 모듈이나 함수를 앞으로 접하게 된다면 dir 및 help 명령을 통해 사용법을 확인하고 다른 연관된 명령이 있는지 살펴보는 것은 큰 도움이 된다. 반드시 이런 식으로 공부를 해 나갈 것을 권한다.

1 그래서 함수의 이름을 잘 정하는 것은 엄청나게 중요한 일이다.