파이썬은 처음이라 – 함수는 처음이라

함수는 일련의 동작을 수행하는 코드를 묶어서 재사용하기 쉽도록 호출가능한 단위로 만든 것을 말한다. 수학적인 관점에서 함수는 어떠한 입력이 주어졌을 때, 그 입력값을 사용하여 어떤 연산을 처리하고 다시 그 결과를 되돌려주는 계산상자에 비유되기도 한다. 파이썬의 함수는 이러한 두 특성을 모두 가지는 코드 덩어리이다.

함수의 수학적인 정의를 말로 풀어내지 않더라도 “계산상자”나 혹은 자판기 같은 것을 생각하면 함수가 어떤 역할을 하는지 쉽게 비유할 수 있다. 커피 자판기를 함수로 본다면 동전을 넣으면 커피가 나오는 함수에 비유할 수 있다. 물론 우리 모두는 커피 자판기 내부에 미리 넣어놓은 커피와 물 그리고 컵이 있고, 자판기에 동전을 넣으면 컵에 커피와 뜨거운 물이 담겨서 커피가 나온다는 사실은 알고 있다. 하지만 중요한 것은 동전을 넣으면 커피가 나온다는 사실, 즉 입출력에 대한 것이며, 함수에서 그 내부에 어떤 동작이 실제로 수행되는지는 사실 중요하지 않다.1

프로그램 역시 사용자로부터 정해진 형식의 데이터를 입력받아, 처리된 결과를 출력한다는 측면에서 하나의 함수라 볼 수 있다. 그리고 그 내부의 처리 과정에 있어서 입력값은 더 작은 단위의 함수에 의해서 중간값으로 변환되고, 다시 그 중간값이 또 다른 함수에 의해서 변환되는 과정을 거친 후 최종적으로 출력될 값이 된다. 2 즉 함수는 프로그래밍 코드를 재사용하는 단위인 동시에 프로그램을 구성하는 빌딩블럭(building block)으로도 볼 수 있다.

함수의 요소

사실 어떤 함수를 작성하는 것은 문법만 맞춘다면야 뭐 어떤 코드 블럭을 집어넣든 그것은 프로그래머의 마음이기 때문에 딱히 함수는 이렇게 정의해야 한다는 법칙 같은 것은 없다. 하지만 가능하다면 함수는 “어떤 일을 하는 단위”로 정의하고, 여기서 일은 앞서 설명한 바와 같이 입력을 받아 처리하고 출력값을 내놓는 범위로 정하면 된다. 따라서 함수의 정의는 함수가 갖추어야 할 요소들을 정의하는 것에서 출발한다.

  • 함수의 이름 : 함수의 이름은 여느 식별자와 마찬가지로 고유해야 한다.
  • 함수의 입력 : 함수의 입력은 함수가 실행될 때 전달받는 인자들이 된다. 인자는 하나 이상이거나, 경우에 따라서는 인자가 필요없는 경우도 있다.
  • 함수의 출력 : 함수가 어떤 값을 출력할지를 결정한다. 경우에 따라서 함수의 출력값이 없는 경우도 있을 수 있다. 이 경우에 함수는 암묵적으로 None을 리턴하게 된다.

함수 정의 문법

함수를 정의하는 문법은 다음과 같다.

def some_func( arg1, arg2 ):
^^^ ^^^^^^^^^ ^^^^^^^^^^^^ ^
 1    2         3          4
  5 블럭...
  6 return result
  1. 함수의 정의는 def 키워드로 시작한다.
  2. 함수의 이름을 선언하고
  3. 괄호 속에 함수가 받아들일 인자의 이름을 선언한다. 인자가 2개 이상인 경우 컴마로 구분하며, 인자가 필요없는 경우에는 빈 괄호를 사용한다.
  4. 선언부의 끝은 콜론으로 끝나며, 이는 그 다음줄 부터는 들여쓰기를 적용하는 블럭이란 의미이다.
  5. 함수가 실제로 처리할 코드 블럭을 작성한다.
  6. 함수의 끝은 return 문으로 끝난다. return 문은 함수가 리턴해야 할 값을 표현식으로 정의해준다. 리턴 값 없이 return 만 사용하면 return None으로 해석된다. 만약 return 문이 없는 함수는 함수의 마지막 줄에 암묵적으로 return None이 있는 것으로 간주한다.

간단한 함수를 정의하는 예를 몇가지 살펴보자.

## 두수의 합을 계산하는 함수
def add(x, y):
  return x + y

## 두수의 곱을 계산하는 함수
def mul(x, y):
  return x * y

## 정수 N을 입력 받아 1~N까지의 합을 계산하는 함수
## 단, N < 1 이면 0을 리턴한다. 
def accumlate(n):
  if n < 1:
    return 0 ## return 문을 만나면 함수의 실행은 여기서 종료된다.
  result = 0
  for i in range(n):
    result = reslut + i + 1
  return result

## 아래 함수는 메시지를 출력만 한다.
def print_tag(msg, tagname):
  print("<" + tagname + ">", msg, "</" + tagname + ">")
  ## 명시적인 리턴구문이 없으므로 여기까지 실행되면
  ## 함수의 실행이 종료된다. 

함수의 호출

함수의 내용을 실행하는 것을 함수를 호출한다고 표현한다. 함수의 호출은 함수의 이름 뒤에 괄호를 붙인다. 함수가 인자를 필요로 하는 경우에는 함수에 정의된 순서대로 인자를 콤마로 구분하여 넣어준다. 함수을 호출하는 문법은 그 자체로 하나의 표현식으로 취급되며, 이 표현식은 함수의 리턴값으로 평가된다. 우리는 이 글 이전에도 몇 가지 기본 함수를 사용하는 것을 예제를 통해 접해본 바 있다.

a = add(3, 4)
## a => 7
print(a)
## 7

## accumluate(10)은 그 자체로 결과값으로 평가되는 표현식이므로
## 다른 함수의 인자로 전달할 수 있다. 
print(accumlate(10))
## 55

print(int(input()) + 3)
## 입력된 숫자에 3을 더한 값을 출력한다. 

기본함수 input()은 키보드로부터 한줄의 문자열을 입력받는 함수이다. 따라서 input() 이라고 쓴 표현식은 키보드의 입력이 들어오게 되면 그 내용으로 구성된 문자열로 평가된다.

함수 호출과 흐름

파이썬 스크립트는 그 자체로 소스코드인 동시에 프로그램이기도 하다. 스크립트가 실행되면 소스코드의 맨 윗줄부터 파이썬 해석기에 의해서 실행되기 시작한다. 만약 어떠한 함수 호출도 사용하지 않는 프로그램을 작성했다면, 프로그램의 실행 방향은 코드의 위에서 아래로 흐르게 된다. 프로그램의 시작과 동시에 발생하는 실행 흐름을 메인 루틴(main routine)이라고 한다. 메인 루틴이 진행되는 과정에서 어떤 함수를 호출하게 되면 무슨 일이 생길까?

  1. 함수 호출 구문을 만나면, 현재 실행위치를 ‘어딘가’에 저장해두고 함수의 블럭 시작 위치로 실행 위치가 옮겨간다.
  2. 이 때, 전달된 인자값을 복사하여 가져가게 된다.
  3. 전달된 인자값은 함수 내에서 통용되는 변수가 되고, 이 값들을 이용해서 함수의 코드들이 실행된다.
  4. 리턴문을 만나거나 함수의 끝에 다다르면 1.에서 저장해두었던 위치로 돌아간다. 만약 리턴되는 값이 있다면 이 값을 가지고 가게된다.

즉, 함수를 호출하게 되면 메인 루틴이 잠시 중단되고 또 다른 별개의 실행 흐름이 시작된다. 이는 마치 고속도로의 1차선으로 달리다가, 함수를 호출하는 동안 2차선으로 차선을 변경한 후, 함수의 실행이 끝나면 다시 1차선으로 되돌아가는 것과 비슷하다고 하겠다. (물론 고속도로에서 차선을 바꾼다고, 원래 위치로 점프하는 것은 아니지만…) 만약 함수 내에서 다시 다른 함수를 호출한다면? 2차선에서 3차선으로, 3차선에서 4차선으로 계속해서 차선을 바꿔 “내려가게” 되고, 각 단계에서의 실행이 종료되면 다시 차선을 거슬러 올라가 1차선으로 돌아가게 된다. 따라서 메인 루틴을 중지하고 별개의 루틴으로 진입하게 된다는 점에서 함수의 실행 흐름을 서브 루틴(sub routine)이라고도 부른다.

메인루틴과 서브루틴은 절차지향적인 프로그래밍 관점에서의 비선형적인 실행 흐름을 이야기할 때 쓰는 표현이니, 그냥 그렇게 부르더라하는 정도로 이해하면 되겠다. 우리가 주목해야 할 점은 값 즉, 데이터이다. 입력 혹은 출력이 없는 몇몇 함수들을 예외적으로 둔다면, 데이터는 함수의 입력으로 들어가서, 함수의 내부에서 변환되어 출력으로 나오게 된다. 즉 함수는 그 외부에서 보았을 때 입력값을 변형하여 출력하는 장치로 볼 수 있다. 자판기라는 것을 전혀 본 적이 없는 사람의 입장에서 커피 자판기는 반짝거리는 쇠조각을 커피로 바꾸는 마법의 상자에 다름없듯이 말이다. 즉 “값을 조작하는 변환기”라는 관점에서 함수를 이해하고 있는 것이 앞으로 우리가 이야기하려는 관점에서는 매우 중요하다.

함수의 인자

함수의 인자를 정의하는 방법에 대해서 다시 생각해보자.

  1. 어떤 함수들은 인자를 받지 않은 경우가 있다.
  2. 어떤 함수들은 하나 혹은 그 이상의 고정된 인자를 받는다.
  3. 어떤 함수의 인자들은 있는 경우도 있고 없는 경우도 있다. (input(), print() 등)
  4. 어떤 함수들은 1개 이상의 정해지지 않은 개수의 인자를 받는다
  5. 어떤 함수들은 인자에 이름을 붙여야 하는 경우가 있다.

이중에서 함수의 인자가 고정된 경우는 앞서 소개한 문법을 사용해서 정의하는 것이 가능하다. 그렇다면 선택적 인자(있어도 되고 없어도 되는) 와 가변 인자(한 개 일수도, 여러 개 일 수도 있는)는 어떻게 정의할 수 있을까?

기본값을 갖는 인자

함수의 인자를 정의할 때, 디폴트 값을 정의할 수 있다. 인자에 디폴트 값을 정의하는 경우에는 호출하는 표현에서 해당 인자를 생략하면, 지정한 디폴트값을 사용한다.

def greet(name="unnamed"):
  print("hello, ", name)

greet('Tom')
# "hello, Tom"
greet()
# "hello, unnamed

위 함수에서와 같이 name 이라는 인자를 선언하면서 name="unnamed"라고 기본값을 지정해주었다. 이렇게 선언하면 해당 인자는 생략이 가능한 인자가 된다.  두 개 이상의 인자를 갖는 함수에서 일부 인자들만 기본값을 갖는다면, 기본값을 갖는 인자들을 항상 뒤쪽에 배치해야 한다. 왜냐하면 함수를 호출할 때, 인자값을 순서대로 넣기 때문이다.

## 동작하지 않는 예제!!
def some_func(a, b=1, c):
  return a + b + c

some_func(1, 2, 3) 
## a->1, b->2, c->3 임을 알 수 있다. 
some_func(1, 2)
## a->1 이지만 2는 b인가? c인가?

함수를 호출했을 때, 함수의 내부에서는 괄호안에 들어온 값들을 순서대로 매칭하려고 시도한다. 따라서 기본값이 없는 인자들을 구분할 수 있는 방법은 오로지 인자의 순서이다. 그렇기 때문에 인자 목록의 중간에는 디폴트 값을 갖는 인자를 넣을 수 없다. 파이썬에서는 이렇게 디폴트 값을 갖도록 선언한 인자를 ‘키워드 인자’라고 따로 구분해서 부른다. 그 이유는 다음의 가변인자에 대해 설명한 후에 풀어나가겠다.

가변 인자

두 개의 정수를 받아서 그 중에서 큰 값을 리턴하는 my_max()라는 함수를 정의한다고 생각해보자.

def my_max(a, b):
  if a > b:
    return a
  return b

함수 자체는 간단한데, 경우에 따라서는 3개의 값 중에서 가장 큰 값을 찾아야 하는 경우가 있을 것이다. 물론 그 때는 my_max(a, my_max(b, c))와 같은 식으로 b와 c중에서 큰 값을 찾고 그것을 다시 a와 비교해서 세 수 중의 최대값을 찾는 방법도 있을 것이다. 혹은 세 개의 수에 대해서 최대 값을 찾는 또 다른 함수를 정의해야 할 필요가 있을지도 모르겠다.

def my_max3(a, b, c):
  return my_max(a, my_max(b, c))

세 수 중에서 최대값을 구하는 구현에는 여러 가지가 있을 수 있다.

  1. 세 수 a, b, c 에 대해서 먼저 a > b  일 때, a  > c 이면 a가 최대값이고,  그렇지 않다면 c가 최대값이다. 다시 b >= a 일 때 b > c 이면 b 가 최대값이고 그렇지 않다면 c 가 최대값이다.
  2. 세 수 중에서 두 수의 최대값을 찾는다. 그리고 그 값과 나머지 한 값 중에서 최대값을 찾으면 그것이 세 수 중의 최대값이다.

위 두 명제는 세 수에 대해서 최대값을 찾는 방법을 설명한 글이다. 어떤 글이 더 간결하고 이해하기 쉬운가? 위 my_max3()은 두 번째 문장을 그래도 코드로 옮겨놓았으며, 그만큼 간결하고 실수를 통해서 버그가 발생할 여지도 줄였다. 이것이 함수로 함수를 만드는 관점이 가지는 힘이다.

그런데, 그러다보면 4 개, 5개, 6개의 수에 대해서 최대값을 찾아야 하는 경우도 빈번하게 발생할 수 있을 수 있고, 그 때마다 인자를 달리하는 다른 함수들을 매번 작성하기는 번거롭다. 파이썬에서는 이렇게 인자의 개수가 정해지지 않은 함수를 정의하는 방법이 있다.

def some_func(*args):  #1
  pass

def my_max_n(a, b, *cs):  #2
  ...

바로 인자의 이름 앞에 *3을 붙이는 것이다. 이렇게하면 some_func(1, 2), some_func(1, 2, 3), some_func(1, 2, 3, 4)와 같이 인자를 얼마든지 많이 넣을 수 있다. 그리고 각각의 인자는 함수의 내부에서 리스트와 비슷하게 args[0], args[1],.. 과 같은 식으로 참조할 수 있다.

두 번째 my_max_n(a, b, *cs) 의 의미는 a와 b는 반드시 필수적으로 넣어야 하는 인자이며, 그 이후 자리는 가변인자들로 넣어도 그만, 안넣어도 그만인 셈이다. (실제 my_max_n() 함수의 구현에 관해서는 튜플에 대한 내용을 배운 다음에 설명하는 것이 좋을 것 같다.)

언패킹

가변 인자는 선언하고자 하는 경우에 고정 인자와 키워드 인자(방금 말했던 디폴트 값이 있는 인자) 사이에 위치해야 한다. 키워드 인자에 대해서도 모든 기본값을 정의하기 어렵거나, 특정한 환경 설정과 관련된 함수의 경우에 인자가 수십개가 넘어가는 경우가 있어서 일일이 인자를 정의하기 힘든 경우가 있다. 이 때는 가변 키워드 인자를 정의할 수 있는데, **변수명으로 선언할 수 있다. 이렇게 선언된 가변 키워드 인자는 함수 내에서  나중에 배우게 될 사전으로 취급된다.

정리하자면 인자의 정의 순서는 고정인자 > 가변인자 > 키워드인자 > 가변키워드인자 의 순으로 정의해주면 된다.

보너스 – 반환값이 2개인 함수

C와 같은 언어를 먼저 접해본 경험이 있는 사람이라면 이 지점이 상당히 당황스러울 수 있는데, 파이썬에서 함수는 하나의 리턴값만을 반환하는 것이 아니라, 2개 혹은 그 이상의 값을 한꺼번에 반환하는 것이 가능하다. 바로 가변 인자에서 잠깐 언급한 튜플(tuple)을 사용하는 방법이다. 표준 내장함수 중에서 divmod()라는 함수가 있는데, 이 함수는 두 수를 받아서 나눈 몫과 그 때의 나머지를 계산해서 한 번에 리턴한다. 예를 들면 다음과 같은 식이다.

def divmod(x, y):
  return x // y, x % y

리턴해야 하는 값이 2개 이상이어야 하는 경우는 언뜻 생각하기에 엄청 예외적일 수 있다고 생각되겠지만, “그 이전에 항상 다른 방법으로 해결해왔기 때문에” 그렇게 느끼는 것일 뿐, 이 패턴이 유용한 경우는 생각보다 매우 많다.

이렇게 해서 기본적으로 함수를 정의하고 호출하는 방법에 대해서 살펴보았다. 앞으로 많은 예제들은 함수를 정의하고 함수와 함수를 연계하는 식으로 문제를 해결해나가는 방법을 소개할 것이기 때문에 함수와 관련된 문법은 자연스럽게 익숙해질 것으로 생각된다. 또한 그러한 접근 방식을 통해서 보다 분명하고 간결하게 문제를 해결하는 힘을 기를 수 있기를 기대해 본다.


  1. 이것은 일종의 추상화이다. 어떤 함수에 대해서 입력의 형식과 출력의 형식이 정해져 있다면, 실제 함수의 구현은 함수외부의 입장에서는 관심사가 아니다. 예를 들어 자연수 N을 입력으로 주면 1~N까지의 자연수의 합을 계산하는 함수가 있다고 가정해보자. 여기서 중요한 것은 10을 넣으면 55가 계산되어 나온다는 점이며, 그 내부의 구현이 루프를 돌면서 누적값을 더해나가든, 삼각수 공식을 사용하여 계산하든하는 점은 함수를 사용하는 입장에서는 몰라도 된다는 점이다. 이것은 반대로 함수를 구현하는 입장에서도 중요한데, 입력과 출력의 형식만 똑같이 유지한다면 함수 내부의 구현 코드를 어떻게 바꾸든 그것은 그 함수를 사용하는 부분의 전체 코드를 변경할 필요가 생기지 않는다는 점이다. 결국 함수에서 그 내부와 외부가 공유해야 하는 정보는 함수의 입력과 출력의 형식이다. 
  2. 수학에서 함수를 합성하여 제 3의 함수를 만들 수 있는 것처럼, 프로그램을 함수로 보는 이 관점에서 결국 프로그램은 프로그램 내부에 정의된 함수들을 정교하게 합성한 합성함수로 간주할 수 있다. 
  3. 이렇게 변수 이름앞에 *가 붙은 것을 언팩 연산자라고 하며, 이는 컴마로 쓰여진 일련의 값들을 튜플로 바인딩하는 연산자이다.