Jiho Kang

Hello!!

Python 구현체에 내장된 built-in type(class)들을 살펴본다. File 등과 같이 systems programming과 관련된 내용은 제외했다.

Numeric Types

Numeric type들은 수를 나타내는 객체들을 표현하는 type들이다. 모든 numeric object들은 불변 객체이다.

Numeric type들은 특이한 인스턴스 생성 규칙을 가진다. 이유는 잘 모르겠다. 그러나 instance들이 불변이므로 name(literal)에 대응하는 객체가 어떤 객체인지는 중요하지 않다.

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>>> id(1.0)
4316292912
>>> # x op y style float literal with value 1.0 are identical
>>> id(1.0 + 0.0)
4316295760
>>> id(2.0 - 1.0)
4316295760
>>> id(0.0 + 1.0)
4316295760
>>> # x op y op z style float with value 1.0 are identical
>>> id(1.0 + 0.0 + 0.0)
4317799088
>>> id(2.0 - 1.0 + 0.0)
4317799088
>>> id(0.0 + 1.0 + 0.0)
4317799088
>>> # Assigning literal constructs new numeric object
>>> x = 1.0
>>> id(x)
4317797360
>>> y = 1.0 + 0.0
>>> id(y)
4317799248
>>> a = 1.0
>>> id(a)
4316292528
>>> # Assigning numeric type object does not construct new object
>>> b = a
>>> id(b)
4316292528

float

float object의 machine level 구현은 기본적으로 double-precision이다. float type은 builtins 모듈에 있다.

Language parser가 정수 literal과 실수 literal을 구분하는 방법은 소숫점의 유무이다.

complex

complex object는 machine level에서 단순히 두 double-precision 부동소수로 이루어져 있다. z.real, z.imag로 z의 실수부와 허수부에 해당하는 float type 객체를 얻을 수 있다. complex type은 builtins 모듈에 있다.

Languge parser가 복소수 literal을 인식하기 위해서는 허수부 j가 필요하다 (e.g, 3j).

Integral Types

Integral type들은 정수형 객체들을 표현하는 type의 분류이다. 모든 integral object들 불변 객체이다.

Integral type은 singleton이다. 즉, 값이 같으면 실제로 같은 object이다.

int

파이썬은 data size에 무관(정확히는 Virtual Memory가 허용하는 범위까지)하게 int type 단 하나만 존재한다. 당연하지만, 2’s complement로 정수를 표현한다. int type은 builtins 모듈에 있다.

bool

참, 거짓을 나타내는 True와 False object가 bool type의 instance이다. 두 object는 builtins 모듈에 있으며, 불변 객체이다.

bool type은 인스턴스가 True와 False 단 두 개만 존재하며, bool type 또한 builtins 모듈에 있다.

Sequence Types

파이썬에서 sequence type들은 다음과 같이 정의된다.

  • 길이가 유한하다
  • Iterable(순서가 있다)
  • Subscriptable(__getitem__)이며 int/slice로 indexing할 수 있다

따라서 len() 함수를 통해 길이를 알아낼 수 있고, slicing이 가능하다. Sequence 객체들은 불변일수도, 가변일수도 있다.

  • 불변: str, tuple, bytes, range
  • 가변: list, bytearray

str

파이썬은 문자와 문자열을 구분짓지 않고 모두 문자열 str로 취급한다. Quote, 또는 double quote로 string literal을 나타낼 수 있다. str type은 builtins 모듈에 있다.

tuple

일반적인 tuple type이다. 생성자 외에도 괄호로 instance를 생성할 수 있다. tuple type은 builtins 모듈에 있다.

bytes

str이 ascii 문자열이라면 bytes는 byte string이다. Type이 bytes인 literal들은 b'abc'처럼 표현한다. decode() 함수를 통해 같은 내용의 str type인 object를 얻을 수 있다. bytes type은 builtins 모듈에 있다.

range

주로 for i in range(n)에서 사용되는 range는 integer sequence이다. range(start, stop, step)은 C언어의 for(int i = start; i < end; i += step)처럼 동작하는 것을 의도한 클래스이다. range type은 builtins 모듈에 있다.

list

파이썬에서 list는 가변배열, 즉 벡터이며 array of pointer로 구현되어 있다. 생성자 외에도 대괄호로 instance를 생성할 수 있다. list type은 builtins 모듈에 있다.

bytearray

가변인 점을 제외하면 bytes type과 일치한다. bytearray type은 builtins 모듈에 있다.

Set Types

파이썬에서 set type들은 다음과 같이 정의한다.

  • 길이가 유한하다
  • 순서가 없다
  • 원소가 hashable하고 중복이 없다
    • Immutable hash(__hash__) value
    • Comparable(__eq__) with other objects
    • Two objects compared equal must have the same hash value.

따라서 len() 함수를 통해 길이를 알아낼 수 있다. Set 객체들은 불변일수도, 가변일수도 있다.

  • 가변: set
  • 불변: frozenset

set

일반적인 set type이다. 생성자 외에도 중괄호로 instance를 생성할 수 있다. set type은 builtins 모듈에 있다.

frozenset

불변인 점을 제외하면 set type과 거의 일치한다. frozenset object는 심지어 hashable이기 때문에 dictionary key로도 사용 가능하다. frozenset type은 builtins 모듈에 있다.

Mapping Types

파이썬에서 mapping type들은 다음과 같이 정의한다.

  • 길이가 유한하다.
  • 순서가 없다.
  • key object들과 각 object를 mapping한다.
  • Subscriptable이며 key object로 indexing한다.

dict

dict type의 instance는 key가 hashable해야 한다. 가변이고, pair가 들어온 순서를 보존한다. dict type은 builtins 모듈에 있다.

mappingproxy

불변인 점을 제외하면 dict type과 유사하다. 모든 instance는 __dict__ attribute를 가지는데, statically defined type(e.g, built-in class)들은 불변이므로, __dict__가 dict type이 아니라 mappingproxy type인 점이 주목할 만하다. 불변이기 때문에 실제 구현은 더 효율적인 구조로 되어 있다. MappingProxyType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

참고로 types 모듈에 있는 (거의) 모든 type은 python standard library에는 없는 internal type들의 alias다. mappingproxy라는 이름은 python level에서는 어디에도 존재하지 않는다.

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>>> type(object.__dict__)
<class 'mappingproxy'>
>>> types.MappingProxyType
<class 'mappingproxy'>
>>> type(mappingproxy)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'mappingproxy' is not defined

coroutine

Coroutine은 가장 일반적인 awaitable object이며, 다른 언어들의 future에 해당한다. CoroutineType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

reversed

__reversed__를 구현하지 않는 sequence type들의 default reversed iterator type이다. reversed type은 builtins 모듈에 있다.

generator

generator type은 generator function이 return하는 generator iterator의 type이다. 정확한 terminology는 다음과 같다.

  • Generator / Generator Function: yield expression이 있는 function
  • Generator Iterator (= generator class): generator가 return하는 iterable/iterator

GeneratorType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

async_generator

async_generator type은 async generator function이 return하는 async generator iterator의 type이다. AsyncGeneratorType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

Callable Types

파이썬에서 callable은 __call__ 또는 Python 구현체에서 대응하는 slot을 구현하는 type이다. 즉, foo()는 type(foo).__call__(foo)이다.

만약 __call__이 slot wrapper가 아니라 function이라면 다시 attribute lookup하여, type(type(foo).__call__).__call__(type(foo).__call__, foo)이다.

function

파이썬에서 함수는 보통 user-defined function을 말하며, def keyword로 정의할 수 있다. FunctionType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

Lambda Types

파이썬은 lambda keyword를 통한 익명 함수를 지원한다. 즉, lambda 객체는 본질적으로는 함수이나, __name__ attribute가 없다.

method

파이썬에서 메소드는 class 또는 class instance와 함수의 relation으로 구현되어 있다. method type의 인스턴스들은 __self__ attribute가 클래스 또는 instance를, __func__ attribute가 underlying function을 참조한다. 메소드를 호출(__call__)했을 때 __self__를 맨 앞 인자로 추가하여 __func__를 호출한다. MethodType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

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>>> class Temp:
...     def hello(self): ...
...
>>> x = Temp()
>>> x.foo
<bound method Temp.foo of <__main__.Temp object at 0x7fa46001da30>>
>>> type(Temp.foo)
<class 'function'>
>>> type(x.foo)
<class 'method'>

클래스와 함께 메소드를 정의하면, 메소드를 정의할 때 작성한 함수 hello가 Temp type의 attribute가 된다. 이 부분(line 1~2)은 다음과 같다고 볼 수 있다.

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def hello(self): ...
class Foo:
    hello = hello

한편, line 4에서 Temp type의 instance x를 생성할 때, x.hello가 x와 Foo.hello 함수를 참조하는 method type의 instance를 참조하게 한다. line 5~6를 보면 x.foo가 Temp.foo 함수를 Temp type의 instance에 bound시킨 method라고 친절하게 알려준다.

이렇게 되는 이유는 함수가 descriptor이기 때문이다! 함수는 class variable로서 lookup되었을 때 descriptor이므로 __get__을 호출하는데, 호출한 instance에 따라 return값이 달라진다.

  • instance(e.g, x.foo): instance와 함수를 mapping한 method
  • type(e.g, Temp.foo): 그냥 함수 그대로

따라서 line 7~10에서 Temp.foo는 함수 그대로이고, x.foo는 method임을 알 수 있다.

staticmethod

@staticmethod decorator를 이용해 함수를 감싼 staticmethod object는 일반적인 function과는 다르게, __get__ 호출 시 method를 만들지 않고 감싼 함수를 return한다. 따라서 staticmethod는 class에 bound된 일반 함수처럼 사용된다. staticmethod는 builtins 모듈에 있다.

따라서 Temp.foo, x.foo 둘 다 원래 function이다.

classmethod

@classmethod decorator를 이용해 함수를 감싼 classmethod object는 일반적인 function과는 __get__ mechanisma이 다르다. 마찬가지로 호출한 instance에 따라 갈리는데,

  • instance(e.g, x.foo): instance의 type과 함수를 mapping한 method
  • type(e.g, Temp.foo): instance와 함수를 mapping한 method

따라서 Foo.h()와 Foo().h()는 동일하다. classmethod는 builtins 모듈에 있다.

builtin_function_or_method

builtin_function_or_method object는 len, globals, list().append 등등 Built-in function/method들의 type이다. 그러나 function/method와 크게 다르지 않다. 차이점은 객체 자체가 Python 구현체에 이미 생성되어 있다는 것이다. 구현체에서 두 객체의 type이 같은 이유는, function을 __self__ 가 None인 method처럼 구현해놓았기 때문이다. 어차피 function body가 Python 구현체에 정의되어 있기 때문에 가능한 일이다. BuiltinFunctionType, BuiltinMethodType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

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>>> type(len)
<class 'builtin_function_or_method'>
>>> myList = list()
>>> type(myList.append)
<class 'builtin_function_or_method'>
>>> type(list.append)
<class 'method_descriptor'>  # Descriptor that returns built-in method

method_wrapper

method_wrapper는 언어 구현체에 내장된 함수를 wrapping한 method(function)이다. Built-in method와 거의 동일하지만, built-in method는 객체 자체가 Python 구현체에 내장되어 있는 반면 method_wrapper는 정의되어 있는 함수를 wrapping하여 새롭게 생성한 method이다. MethodWrapperType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

Descriptor Types

Descriptor는 __get__, __set__, __delete__중 일부 또는 전부를 구현하는 type이다. 이는 attribute lookup에서 찾은 attribute가 class variable이고 descriptor라면 해당하는 descriptor method를 호출한 결과를 return한다.

property

Property는 아마도 가장 많이 사용되는 user-defined descriptor일 것이다. 메소드 위에 @property decorator를 추가하면 해당 function으로 property object를 생성하여 class attribute에 mapping한다. property type은 builtins 모듈에 있다.

getset_descriptor

Internal descriptor type 중 하나로, __get__, __set__을 모두 구현하는 data descriptor이며, 호출되면 적절한 attribute를 return한다. GetSetDescriptorType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

member_descriptor

Internal descriptor type 중 하나로, __get__, __set__을 모두 구현하는 data descriptor이며, 호출되면 적절한 attribute를 return한다. getset_descriptor와 거의 동일하나 조금 더 다재다능하다. MemberDescriptorType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

method_descriptor

Internal descriptor type 중 하나로, __get__을 구현하는 descriptor이며, 호출되면 호출한 객체가 instance일 때만 built-in method를 return한다. 즉, built-in method를 return한다는 점을 빼면 function과 거의 동일하다. MethodDescriptorType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

classmethod_descriptor

Internal descriptor type 중 하나로, __get__을 구현하는 descriptor이며, 호출되면 built-in method를 return한다. method_descriptor와의 차이점은 classmethod와 function의 차이와 동일하다. method_descriptor는 function처럼 호출한 객체가 instance일 때만 해당 instance를 __self__로 하여 method를 생성하지만, classmethod_descriptor는 classmethod처럼 호출한 객체가 instance든 type이든 type을 __self__로 하여 built-in method를 return한다. ClassMethodDescriptorTypetype은 types 모듈에 있는 alias이다.

wrapper_descriptor

Internal descriptor type 중 하나로, __get__을 구현하는 descriptor이며, 호출되면 호출한 객체가 instance일 때만 method wrapper를 return한다. method_descriptor와 거의 동일하나 method wrapper를 return한다는 점이 다르다. wrapper_descriptor 객체들은 slot wrapper라고 불리는데, 그 이유는 return하는 method wrapper가 slot을 wrapping하여 생성한 method이기 때문이다. WrapperDescriptor type은 types 모듈에 있는 alias이다.

slice

Sequence Type의 indexing에 사용되는 또 다른 type으로, 범위를 나타내는 type이다. range처럼 start, stop, step으로 구성된다. 대괄호 안에서는 start:stop로도 instance를 생성할 수 있다. slice type은 builtins 모듈에 있다.

None

파이썬에서는 C/C++나 Java의 null과 같은 역할을 하는 None이라는 이름의 object가 있다. 파이썬에는 void type이 없으며 리턴값을 명시하지 않으면 모두 None object를 리턴한다. None object는 builtins 모듈에 있으며 불변 객체이다.

NoneType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

NotImplemented

None과 비슷한 느낌을 풍기는 NotImplemented라는 object도 있다. 이 object는 numerical method(e.g, __add__)나 rich comparison method(e.g., __lt__)가 정의되지 않는 경우(연산 불능)를 나타내는 return값이다. 예를 들어, list * int는 정의되어 있지만, int * list는 정의되지 않은 연산이므로 이 때 int.__mul__(other: list)은 NotImplemented 객체를 return한다. NotImplemented object는 builtins 모듈에 있으며 불변 객체이다.

파이썬 내부 구현에서 산술연산자는 numerical method와 rich comparison method를 이용하는데, 먼저 left operand의 method를 호출한 후, 만약 NotImplemented를 return한다면 right operand의 reverse method(e.g., __radd__) 등 “관련된 다른 method”를 호출한다. 어떤 method들을 어떤 순서로 호출하는지는 연산자마다 정해져 있다. 만약 모든 method들이 NotImplemented를 return한다면 그제서야 TypeError를 발생시킨다.

NotImplementedType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

Ellipsis

파이썬에서 ... 또는 Ellipsis의 사용법은 다음과 같다.

  • pass 대신 사용
  • type hinting에서 “any type”이란 뜻으로 사용
  • NumPy 등에서 :과 같은 의미로 사용

Ellipsis object는 builtins 모듈에 있으며 불변 객체이다.

EllipsisType type은 types 모듈에 있는 alias이다.

object

모든 클래스의 공통 조상인 class. object type은 builtins 모듈에 있다.

type

Type universe에 해당하는 class. type type은 builtins 모듈에 있다.

super

super object는 MRO를 따라 부모 class를 resolve하기 위한 객체로, Java의 super keyword를 모방하는 객체이다. super type은 builtins 모듈에 있다.

module

Module은 파이썬 코드의 기본 단위이다. Module이라는 abstraction을 표현한 type이 module type이다. ModuleType type은 types 모듈에 있는 alias이다.


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