파이썬의 클로저

python

함수 안에 함수를 정의하는 내부함수를 통해 클로저를 구현할 수 있다. 파이썬이 함수를 일급 객체로 취급하기 때문에 가능하다. 클로저의 간단한 사전적 의미로는 “일급 객체를 지원하는 언어에서 유효 범위 이름을 바인딩하는 기술” 이라고 하는데 이해하기 복잡하니 내부함수를 반환하는 함수라고 (간단하게) 생각해도 될 것 같다.

클로저를 살펴보기에 앞서 변수의 스코프에 대해 먼저 알아보자.

클로저 이해에 필요한 스코프

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def func1(a):
  print(a)
  print(b)

func1(1)

너무 간단하다. b의 값이 없기 때문에 에러가 발생한다.

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b = 123
def func2(a):
  print(a)
  print(b)

func2(1)

함수 안에는 b 변수에 대한 값이 없으며 전역으로 선언된 b = 123을 사용하기 때문에 에러없이 함수를 호출할 수 있다.

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b = 123
def func3(a):
  print(a)
  print(b)
  b = 321

func3(1)

이번 예제는 주의해서 봐야한다. 일단 에러가 발생한다. 함수 안에서 변수 b를 출력하려고 하는데 값이 초기화 되기 전에 사용했기 때문에 UnboundedError가 일어난 것이다.

조금 더 설명하자면,
func3이 실행될때 런타임 상에서 변수의 존재를 체크한다. 함수 내에 변수 b가 있기 때문에 변수의 존재는 알고 있게되며 값이 할당되기 전에 출력을 먼저 하려고 해서 에러가 발생하게 된 것이다.

클로저

위의 스코프를 이해했다면 클로저의 동작 방식을 이해하는 데에도 큰 도움이 된다. 자유 변수(free variable)가 무엇인지 보자.

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def outer():
  # free variable 영역
  # 클로저 영역
  number_list = []
  def inner(v):
    number_list.append(v)
    print(sum(number_list))
  return inner

func = outer() # inner 함수 리턴 후 outer 함수 종료
func(1) # 1
func(2) # 3
func(3) # 6

함수 실행의 결과는 인자로 들어간 값들이 누적된 합이 출력된다. outer 함수는 inner 함수를 리턴하고 종료가 되었는데 어떻게 inner 함수는 outer 함수 영역에 존재하는 변수를 계속해서 사용할 수 있는 것일까?

number_list 변수가 자유 변수 영역에 있기 때문이다. 내부함수 입장에서 자기가 선언하지 않은 변수를 자유 변수라고 이해하면 쉬울 것 같다. 외부함수의 변수를 계속 참조할 수 있어서 값을 계속 사용할 수 있다는 장점이 있지만 남용하게 되면 메모리를 낭비할 수도 있다는 단점도 있다.

자유변수 확인하기

dir 함수를 사용한다면 객체가 가진 내부정보를 볼 수 있다. 자유 변수로 사용되는 변수가 무엇인지 확인하려면 아래와 같이 하면 된다.

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print(func.__code__.co_freevars)
# ('number_list',)

자유 변수로서 사용되는 변수를 출력한다. 변수의 값을 확인하려면 이렇게 하면 된다.

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print(func.__closure__[0].cell_contents)
# [1, 2, 3]

클로저 사용시 주의사항

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def outer():
  count = 0
  total = 0
  def inner(v):
    # nonlocal count, total # 문제 해결
    count += 1
    total += v
    print(total / count)
  return inner

func = outer()
func(1) 
# UnboundLocalError: local variable 'count' referenced before assignment

count 변수를 값이 할당 되기 전에 사용했기 때문에 에러가 발생한다. 여기서 중요한 점은 밖의 변수들과 inner의 변수들이 이름이 같을지라도 다른 변수라는 것이다. 문제를 해결하기 위해서 nonlocal 키워드를 사용해주어야 한다.

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nonlocal count, total

[참고]
https://itholic.github.io/python-closure/
http://schoolofweb.net/blog/posts/%ED%8C%8C%EC%9D%B4%EC%8D%AC-%ED%81%B4%EB%A1%9C%EC%A0%80-closure/

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