클래스 - class, 객체, 상속, 메서드, 생성자, self, 멤버변수, 다중 생성, 정적함수

[참조]

• 공학자를 위한 Python, 조정래, 2022: 2.3 함수와 클래스
  https://wikidocs.net/14596
• 점프투파이썬, 박응용, 2022: 05-1 클래스
  https://wikidocs.net/28
• Dookie Kim, Python: From Beginning to Application,  2022 [PDF]

간단한 프로그램은 함수만으로 효율적인 절차지향(procedure-oriented) 프로그래밍을 작성할 수 있다.
하지만 프로그램이 커지면 객체의 틀(뼈대)인 클래스(class)를 사용한 객체지향(object-oriented) 프로그래밍이 필요하다.

목차

(1) 클래스와 객체

• 과자 틀 → 클래스(class)
  과자 틀에 의해서 만들어진 과자 → 객체(object)
   
• 인스턴스(instance)
  클래스(class)를 이용하여 생성된 객체(object)를 의미한다. 
  즉, 인스턴스는 클래스를 통해 정의된 속성(attribute)과 메서드(method)를 가진 객체를 의미한다. 

(예시)

내가 생각하는 월드 "클래스" 보디빌더 "객체"들은 "이승철", "황철순" 등이 있다.

(2) 클래스의 정의: class

방법 1)

• class 키워드를 이용해 클래스를 선언한다.
• 클래스로 객체를 생성한 후에 변수와 함수를 하나씩 추가한다.
  

(예시)

class Simple:  # 클래스 Simple 정의
    pass

# 객체 생성 후 멤버 변수 추가
a = Simple()        # 클래스 Simple의 객체 a 생성
a.name = 'Jane'     # 객체 a의 멤버변수 name 추가
a.phone = '123-456' # 객체 a의 멤버변수 phone 추가
        

방법 1)

• class 키워드를 이용해 클래스를 선언한다.
• 클래스에 변수와 함수를 한 번에 정의한다.
   

• (예시)

  
  class Account:
      numOfAccount = 0  # 클래스 변수
  
      def __init__(self, name):   # 생성자 함수 정의
          self.name = name        # 객체 변수 name
          self.balances = 0       # 객체 변수 balances
          Account.numOfAccount += 1
  
      def withdraw(self, value):  # withdraw 함수 정의
          self.balances -= value
          return self.balances
  
      def deposit(self, value):   # deposit 함수 정의 
          self.balances += value
          return self.balances
  
      def __del__(self):          # 소멸자 함수 정의
          Account.numOfAccount -= 1
      

  
  a1 = Account('John')    # 클래스 Account의 객체 a1 생성
                          # 객체 a1의 변수 name에 John을 할당
  a1.deposit(10)  # 객체 a1의 함수 deposit를 사용하여 10을 적립: balances = 0 + 10 = 10
  a1.withdraw(2)  # 객체 a1의 함수 withdraw를 사용하여 2을 인출: balances = 10 - 2 = 8
  print(a1.balances)  # 출력: 8
  
  a2 = Account('Jane')    # 클래스 Account의 객체 a2 생성
                           # 객체 a1의 변수 name에 Jane을 할당
  print('no of Account:', Account.numOfAccount)  # 출력: 2
          

• 함수에 self 인자가 없는 경우는 C의 static member와 동일하다. 

• 이 함수에서는 클래스 멤버변수를 조작하거나 단순히 namespace를 사용하는 함수처럼 사용해야 한다.
   

(예시)

class Account:
    numOfAccount = 0

    @staticmethod
    def makeZero(number):
        Account.numOfAccount = number
        

• 메서드(method, 매소드) 
  클래스 내에서 정의되는 함수(function)이다.
  기본함수가 아닌 사용자 정의 함수이다.
• 생성자(constructor) 메서드(함수): __init__
   객체가 생성될 때 자동으로 호출되며, 인스턴스(객체) 변수의 초기화를 수행한다. def __init__(파라미터): 를 통해 작성한다.
• self
  클래스에서 self는 현재 인스턴스를 나타내는 첫 번째 매개변수로써, 관례적으로 사용되는 이름이다. 
   즉, 파이썬에서 클래스를 정의할 때 메서드의 첫 번째 매개변수는 반드시 self이어야 한다.
  이는 해당 클래스의 인스턴스를 전달받아 해당 인스턴스의 속성이나 메서드에 접근할 수 있도록 하기 위함이다.
• 속성(property) 
  멤버변수와 함수는 public 속성을 지닌다.
  만약 private 속성으로 할 때는 두개의 밑줄 __로 시작한다.
• 멤버변수(member variable): self.내부변수명
  클래스 내부변수이다. 생성자에서 선언한다.

(3) 클래스의 상속(inheritance)

• 상속(inheritance)이란
  부모 클래스(parent class; super class)의 속성(property)과 함수(method)를 
  자녀 클래스(child class)가 그대로 물려 받는 개념이다.
   

(예시)

class Element:  # 부모 클래스 Element의 선언
    def __init__(self, id): # 생성자 함수
        self.id = id
        self.nodeIds = []

    def computeStiffness(self): # 함수 생성
        print('Element::computeStiffness')

    def printElement(self):     # 함수 생성
        print(f'id : {self.id}')
        

class Q4Element(Element):  # 부모 클래스 Element를 상속한 자녀 클래스 Q4Element의 선언
    def __init__(self, id, nodeIds):    # 생성자 함수
        super().__init__(id)  # 부모 클래스 생성자 호출
        self.nodeIds = nodeIds

    def computeStiffness(self):
        print('Q4Element::computeStiffness')
        

# 자녀 클래스에서 부모 클래스의 생성자인 __init__()를 호출하는 방법은 다음 두 가지가 있다. 
# 방법 1) super().__init__(id) 등과 같이 self를 사용하는 방법
# 방법 2) Element.__init__(self,id)와 같이 클래스 이름을 사용하고 함수에 self를 사용하는 방법
        

e = Q4Element(1, [1, 2, 3])
e.printElement()         # 출력: id : 1
e.computeStiffness()     # 출력: Q4Element::computeStiffness
        

(4) 정적함수를 이용한 다중 생성

• 파이썬 클래스는 keyword 입력을 허용하기 때문에 다중 생성자(multiple constructors)를 쓰기 쉽지 않다. 
  이를 위해
  Ex1) variable(변동 가능한) 입력을 받든지,
  Ex2) 정적함수를 이용하는 방법을 사용할 수 있다.
• 정적함수(static function) 
  함수의 실행이 클래스 외부 상태에 영향을 끼치지 않는 함수이다.
   

(예시 1)

class Rectangle:
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        if len(args) == 2:
            self.w, self.h = args
        elif 'width' in kwargs and 'height' in kwargs:
            self.w = kwargs['width']
            self.h = kwargs['height']
        else:
            self.w = self.h = 0
        

(예시 2)

class Rectangle:
    def __init__(self):
        self.w = None
        self.h = None

    @staticmethod
    def fromWidthHeight(w, h):
        r = Rectangle()
        r.w = w
        r.h = h
        return r

    @staticmethod
    def fromArea(w, area):
        r = Rectangle()
        r.w = w
        r.h = area / w
        return r
        

r1 = Rectangle.fromWidthHeight(4, 10)
r2 = Rectangle.fromArea(4, 10)