클래스 상속 사용하기

 

지금까지 클래스의 기본적인 사용 방법을 알아보았습니다. 이번에는 클래스 상속(inheritance)을 사용해보겠습니다.

상속은 무언가를 물려받는다는 뜻입니다. 그래서 클래스 상속은 물려받은 기능을 유지한 채로 다른 기능을 추가할 때 사용하는 기능입니다. 여기서 기능을 물려주는 클래스를 기반 클래스(base class), 상속을 받아 새롭게 만드는 클래스를 파생 클래스(derived class)라고 합니다.

▼ 그림 36-1 클래스 상속

보통 기반 클래스는 부모 클래스(parent class), 슈퍼 클래스(superclass)라고 부르고, 파생 클래스는 자식 클래스(child class), 서브 클래스(subclass)라고도 부릅니다.

클래스 상속은 생물 분류를 떠올리면 이해하기 쉽습니다. 예를 들어 조류, 어류는 공통된 조상인 척추동물로부터 물려받은 특성을 공유하면서 각자 고유한 특성을 가집니다. 척추를 가졌다는 특성은 변함이 없지만 날개를 가졌으면 조류, 물속에 살면 어류인 식입니다. 즉, 같은 계통으로 특성을 공유하며 전혀 상관없이 어류가 꽃식물의 특성을 가지지는 않습니다.

▼ 그림 36-2 생물 분류

마찬가지로 클래스 상속도 기반 클래스의 능력을 그대로 활용하면서 새로운 클래스를 만들 때 사용합니다. 동물을 예로 들면 척추동물에서 포유류, 조류, 파충류 등을 만드는 식이죠.

그런데 그냥 새로운 클래스를 만들면 되지 왜 이런 상속 개념을 만들었을까요? 만약 새로운 기능이 필요할 때마다 계속 클래스를 만든다면 중복되는 부분을 반복해서 만들어야 합니다. 이럴 때 상속을 사용하면 중복되는 기능을 만들지 않아도 됩니다. 따라서 상속은 기존 기능을 재사용할 수 있어서 효율적입니다.

36.1 사람 클래스로 학생 클래스 만들기

클래스 상속은 다음과 같이 클래스를 만들 때 ( )(괄호)를 붙이고 안에 기반 클래스 이름을 넣습니다.

class 기반클래스이름:
    코드
 
class 파생클래스이름(기반클래스이름):
    코드

그럼 간단하게 사람 클래스를 만들고 사람 클래스를 상속받아 학생 클래스를 만들어보겠습니다.

class_inheritance.py

class Person:
    def greeting(self):
        print('안녕하세요.')
 
class Student(Person):
    def study(self):
        print('공부하기')
 
james = Student()
james.greeting()    # 안녕하세요.: 기반 클래스 Person의 메서드 호출
james.study()       # 공부하기: 파생 클래스 Student에 추가한 study 메서드

실행 결과

안녕하세요.
공부하기

Student 클래스를 만들 때 class Student(Person):과 같이 ( )(괄호) 안에 기반 클래스인 Person 클래스를 넣었습니다. 이렇게 하면 Person 클래스의 기능을 물려받은 Student 클래스가 됩니다.

Student 클래스에는 greeting 메서드가 없지만 Person 클래스를 상속받았으므로 greeting 메서드를 호출할 수 있습니다.

james = Student()
james.greeting()    # 안녕하세요.: 기반 클래스 Person의 메서드 호출

그리고 Student 클래스에 추가한 새로운 메서드인 study를 호출했습니다.

james.study()       # 공부하기: 파생 클래스 Student에 추가한 study 메서드

Person 클래스와 Student 클래스의 관계를 그림으로 나타내면 다음과 같은 모양이 됩니다.

▼ 그림 36-3 클래스 상속과 메서드 추가

이처럼 클래스 상속은 기반 클래스의 기능을 유지하면서 새로운 기능을 추가할 수 있습니다. 특히 클래스 상속은 연관되면서 동등한 기능일 때 사용합니다. 즉, 학생은 사람이므로 연관된 개념이고, 학생은 사람에서 역할만 확장되었을 뿐 동등한 개념입니다.

참고 | 상속 관계 확인하기

클래스의 상속 관계를 확인하고 싶을 때는 issubclass 함수를 사용합니다. 즉, 클래스가 기반 클래스의 파생 클래스인지 확인합니다. 기반 클래스의 파생 클래스가 맞으면 True, 아니면 False를 반환합니다.

issubclass(파생클래스, 기반 클래스)

>>> class Person:
...     pass
...
>>> class Student(Person):
...     pass
...
>>> issubclass(Student, Person)
True

Student가 Person의 파생 클래스이므로 issubclass는 True가 나옵니다.

 

지금까지 기반 클래스를 상속하여 새로운 클래스를 만들어 보았습니다. 그런데 클래스 상속은 정확히 어디에 사용해야 할까요?

36.2.1  상속 관계

앞에서 만든 Student 클래스는 Person 클래스를 상속받아서 만들었습니다.

class_is_a.py

class Person:
    def greeting(self):
        print('안녕하세요.')
 
class Student(Person):
    def study(self):
        print('공부하기')

여기서 학생 Student는 사람 Person이므로 같은 종류입니다. 이처럼 상속은 명확하게 같은 종류이며 동등한 관계일 때 사용합니다. 즉, "학생은 사람이다."라고 했을 때 말이 되면 동등한 관계입니다. 그래서 상속 관계를 영어로 is-a 관계라고 부릅니다(Student is a Person).

36.2.2  포함 관계

하지만 학생 클래스가 아니라 사람 목록을 관리하는 클래스를 만든다면 어떻게 해야 할까요? 다음과 같이 리스트 속성에 Person 인스턴스를 넣어서 관리하면 됩니다.

class_has_a.py

class Person:
    def greeting(self):
        print('안녕하세요.')
 
class PersonList:
    def __init__(self):
        self.person_list = []    # 리스트 속성에 Person 인스턴스를 넣어서 관리
 
    def append_person(self, person):    # 리스트 속성에 Person 인스턴스를 추가하는 함수
        self.person_list.append(person)

여기서는 상속을 사용하지 않고 속성에 인스턴스를 넣어서 관리하므로 PersonList가 Person을 포함하고 있습니다. 이러면 사람 목록 PersonList와 사람 Person은 동등한 관계가 아니라 포함 관계입니다. 즉, "사람 목록은 사람을 가지고 있다."라고 말할 수 있습니다. 그래서 포함 관계를 영어로 has-a 관계라고 부릅니다(PersonList has a Person).

정리하자면 같은 종류에 동등한 관계일 때는 상속을 사용하고, 그 이외에는 속성에 인스턴스를 넣는 포함 방식을 사용하면 됩니다.

 

이번에는 기반 클래스에 들어있는 인스턴스 속성을 사용해보겠습니다. 다음과 같이 Person 클래스에 hello 속성이 있고, Person 클래스를 상속받아 Student 클래스를 만듭니다. 그다음에 Student로 인스턴스를 만들고 hello 속성에 접근해봅니다.

class_inheritance_attribute_error.py

class Person:
    def __init__(self):
        print('Person __init__')
        self.hello = '안녕하세요.'
 
class Student(Person):
    def __init__(self):
        print('Student __init__')
        self.school = '파이썬 코딩 도장'
 
james = Student()
print(james.school)
print(james.hello)    # 기반 클래스의 속성을 출력하려고 하면 에러가 발생함

 

실행 결과

Student __init__
파이썬 코딩 도장
Traceback (most recent call last):
  File "C:\project\class_inheritance_attribute_error.py", line 14, in <module>
    print(james.hello)
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'hello' 

실행을 해보면 에러가 발생합니다. 왜냐하면 기반 클래스 Person의 __init__ 메서드가 호출되지 않았기 때문입니다(자바는 부모 클래스의 생성자를 자동으로 호출해주지만( super(); ) 파이썬은 직접 명시해주어야 한다). 실행 결과를 잘 보면 'Student __init__'만 출력되었습니다.

즉, Person의 __init__ 메서드가 호출되지 않으면 self.hello = '안녕하세요.'도 실행되지 않아서 속성이 만들어지지 않습니다.

36.3.1  super()로 기반 클래스 초기화하기

이때는 super()를 사용해서 기반 클래스의 __init__ 메서드를 호출해줍니다. 다음과 같이 super() 뒤에 .(점)을 붙여서 메서드를 호출하는 방식입니다.

• super().메서드()

class_inheritance_attribute.py

class Person:
    def __init__(self):
        print('Person __init__')
        self.hello = '안녕하세요.'
 
class Student(Person):
    def __init__(self):
        print('Student __init__')
        super().__init__()                # super()로 기반 클래스의 __init__ 메서드 호출
        self.school = '파이썬 코딩 도장'
 
james = Student()
print(james.school)
print(james.hello)

실행 결과

Student __init__
Person __init__
파이썬 코딩 도장
안녕하세요.

실행을 해보면 기반 클래스 Person의 속성인 hello가 잘 출력됩니다. super().__init__()와 같이 기반 클래스 Person의 __init__ 메서드를 호출해주면 기반 클래스가 초기화되어서 속성이 만들어집니다. 실행 결과를 보면 'Student __init__'과 'Person __init__'이 모두 출력되었습니다.

기반 클래스 Person의 속성 hello를 찾는 과정을 그림으로 나타내면 다음과 같은 모양이 됩니다.

▼ 그림 36-4 기반 클래스의 속성을 찾는 과정

36.3.2  기반 클래스를 초기화하지 않아도 되는 경우

만약 파생 클래스에서 __init__ 메서드를 생략한다면 기반 클래스의 __init__이 자동으로 호출되므로 super()는 사용하지 않아도 됩니다.

class_inheritance_no_init.py

class Person:
    def __init__(self):
        print('Person __init__')
        self.hello = '안녕하세요.'
 
class Student(Person):
    pass
 
james = Student()
print(james.hello)

실행 결과

Person __init__
안녕하세요.

이처럼 파생 클래스에 __init__ 메서드가 없다면 기반 클래스의 __init__이 자동으로 호출되므로 기반 클래스의 속성을 사용할 수 있습니다.

참고 | 좀 더 명확하게 super 사용하기

super는 다음과 같이 파생 클래스와 self를 넣어서 현재 클래스가 어떤 클래스인지 명확하게 표시하는 방법도 있습니다. 물론 super()와 기능은 같습니다.

super(파생클래스, self).메서드

class Student(Person):
    def __init__(self):
        print('Student __init__')
        super(Student, self).__init__()     # super(파생클래스, self)로 기반 클래스의 메서드 호출
        self.school = '파이썬 코딩 도장'

 

이번에는 파생 클래스에서 기반 클래스의 메서드를 새로 정의하는 메서드 오버 라이딩에 대해 알아보겠습니다. 다음과 같이 Person의 greeting 메서드가 있는 상태에서 Student에도 greeting 메서드를 만듭니다.

class_method_overriding.py

class Person:
    def greeting(self):
        print('안녕하세요.')
 
class Student(Person):
    def greeting(self):
        print('안녕하세요. 저는 파이썬 코딩 도장 학생입니다.')
 
james = Student()
james.greeting()

실행 결과

안녕하세요. 저는 파이썬 코딩 도장 학생입니다.

james.greeting()처럼 Student의 greeting 메서드를 호출하니 '안녕하세요. 저는 파이썬 코딩 도장 학생입니다.'가 출력되었습니다.

오버 라이딩(overriding)은 무시하다, 우선하다는 뜻을 가지고 있는데 말 그대로 기반 클래스의 메서드를 무시하고 새로운 메서드를 만든다는 뜻입니다. 여기서는 Person 클래스의 greeting 메서드를 무시하고 Student 클래스에서 새로운 greeting 메서드를 만들었습니다.

그럼 메서드 오버 라이딩은 왜 사용할까요? 보통 프로그램에서 어떤 기능이 같은 메서드 이름으로 계속 사용되어야 할 때 메서드 오버 라이딩을 활용합니다. 만약 Student 클래스에서 인사하는 메서드를 greeting2로 만들어야 한다면 모든 소스 코드에서 메서드 호출 부분을 greeting2로 수정해야겠죠?

다시 Person 클래스의 greeting 메서드와 Student 클래스의 greeting 메서드를 보면 '안녕하세요.'라는 문구가 중복됩니다.

    def greeting(self):
        print('안녕하세요.')

    def greeting(self):
        print('안녕하세요. 저는 파이썬 코딩 도장 학생입니다.')

이럴 때는 기반 클래스의 메서드를 재활용하면 중복을 줄일 수 있습니다. 다음과 같이 오버 라이딩된 메서드에서 super()로 기반 클래스의 메서드를 호출해봅니다.

class_method_overring_super.py

class Person:
    def greeting(self):
        print('안녕하세요.')
 
class Student(Person):
    def greeting(self):
        super().greeting()    # 기반 클래스의 메서드 호출하여 중복을 줄임
        print('저는 파이썬 코딩 도장 학생입니다.')
 
james = Student()
james.greeting()

실행 결과

안녕하세요.
저는 파이썬 코딩 도장 학생입니다.

Student의 greeting에서 super().greeting()으로 Person의 greeting을 호출했습니다. 즉, 중복되는 기능은 파생 클래스에서 다시 만들지 않고, 기반 클래스의 기능을 사용하면 됩니다.

이처럼 메서드 오버 라이딩은 원래 기능을 유지하면서 새로운 기능을 덧붙일 때 사용합니다.

 

다중 상속은 여러 기반 클래스로부터 상속을 받아서 파생 클래스를 만드는 방법입니다. 다음과 같이 클래스를 만들 때 ( )(괄호) 안에 클래스 이름을 ,(콤마)로 구분해서 넣습니다.

class 기반클래스이름1:
    코드
 
class 기반클래스이름2:
    코드
 
class 파생클래스이름(기반클래스이름1, 기반클래스이름2):
    코드

그럼 사람 클래스와 대학교 클래스를 만든 뒤 다중 상속으로 대학생 클래스를 만들어보겠습니다.

class_multiple_inheritance.py

class Person:
    def greeting(self):
        print('안녕하세요.')
 
class University:
    def manage_credit(self):
        print('학점 관리')
 
class Undergraduate(Person, University):
    def study(self):
        print('공부하기')
 
james = Undergraduate()
james.greeting()         # 안녕하세요.: 기반 클래스 Person의 메서드 호출
james.manage_credit()    # 학점 관리: 기반 클래스 University의 메서드 호출
james.study()            # 공부하기: 파생 클래스 Undergraduate에 추가한 study 메서드

실행 결과

안녕하세요.
학점 관리
공부하기

먼저 기반 클래스 Person과 University를 만들었습니다. 그다음에 파생 클래스 Undergraduate를 만들 때 class Undergraduate(Person, University):와 같이 괄호 안에 Person과 University를 콤마로 구분해서 넣었습니다. 이렇게 하면 두 기반 클래스의 기능을 모두 상속받습니다.

즉, 다음과 같이 Undergraduate 클래스의 인스턴스로 Person의 greeting과 University의 manage_credit을 호출할 수 있습니다.

james = Undergraduate()
james.greeting()         # 안녕하세요.: 기반 클래스 Person의 메서드 호출
james.manage_credit()    # 학점 관리: 기반 클래스 University의 메서드 호출
james.study()            # 공부하기: 파생 클래스 Undergraduate에 추가한 study 메서드

Person, University, Undergraduate 클래스의 관계를 그림으로 나타내면 다음과 같은 모양이 됩니다.

▼ 그림 36-5 다중 상속

36.5.1  다이아몬드 상속

그럼 조금 복잡한 클래스 상속을 해보겠습니다. 여기서는 편의상 클래스 이름을 A, B, C, D로 만들겠습니다.

class_diamond_inheritance.py

class A:
    def greeting(self):
        print('안녕하세요. A입니다.')
 
class B(A):
    def greeting(self):
        print('안녕하세요. B입니다.')
 
class C(A):
    def greeting(self):
        print('안녕하세요. C입니다.')
 
class D(B, C):
    pass
 
x = D()
x.greeting()    # 안녕하세요. B입니다.

실행 결과

안녕하세요. B입니다.

class D의 상속클래스 중 가장 왼쪽값이 B이기에 B클래스의 메서드가 호출(왼쪽 우선)

기반 클래스 A가 있고, B, C는 A를 상속받습니다. 그리고 다시 D는 B, C를 상속받습니다. 이 관계를 그림으로 나타내면 다음과 같은 모양이 됩니다.

▼ 그림 36-6 다이아몬드 상속

클래스 간의 관계가 다이아몬드 같이 생겼죠? 그래서 객체지향 프로그래밍에서는 이런 상속 관계를 다이아몬드 상속이라 부릅니다.

여기서는 클래스 A를 상속받아서 B, C를 만들고, 클래스 B와 C를 상속받아서 D를 만들었습니다. 그리고 A, B, C 모두 greeting이라는 같은 메서드를 가지고 있다면 D는 어떤 클래스의 메서드를 호출해야 할까요? 조금 애매합니다.

프로그래밍에서는 이렇게 명확하지 않고 애매한 상태를 좋아하지 않습니다. 프로그램이 어떨 때는 A의 메서드를 호출하고, 또 어떨 때는 B 또는 C의 메서드를 호출한다면 큰 문제가 생깁니다. 만약 이런 프로그램이 우주선 발사에 쓰인다면 정말 끔찍합니다. 그래서 다이아몬드 상속은 문제가 많다고 해서 죽음의 다이아몬드라고도 부릅니다.

36.5.2  메서드 탐색 순서 확인하기

많은 프로그래밍 언어들이 다이아몬드 상속에 대한 해결책을 제시하고 있는데 파이썬에서는 메서드 탐색 순서(Method Resolution Order, MRO)를 따릅니다.

다음과 같이 클래스 D에 메서드 mro를 사용해보면 메서드 탐색 순서가 나옵니다(클래스.__mro__ 형식도 같은 내용)

• 클래스.mro()

>>> D.mro()
[<class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>]

MRO에 따르면 D의 메서드 호출 순서는 자기 자신 D, 그다음이B입니다. 따라서 D로 인스턴스를 만들고 greeting을 호출하면 B의 greeting이 호출됩니다( D는 greeting 메서드가 없으므로).

x = D()
x.greeting()    # 안녕하세요. B입니다.

파이썬은 다중 상속을 한다면 class D(B, C):의 클래스 목록 중 왼쪽에서 오른쪽 순서로 메서드를 찾습니다. 그러므로 같은 메서드가 있다면 B가 우선합니다. 만약 상속 관계가 복잡하게 얽혀 있다면 MRO를 살펴보는 것이 편리합니다.

참고 | object 클래스

파이썬에서 object는 모든 클래스의 조상입니다. 그래서 int의 MRO를 출력해보면 int 자기 자신과 object가 출력됩니다.

>>> int.mro()
[<class 'int'>, <class 'object'>]

파이썬 3에서 모든 클래스는 object 클래스를 상속받으므로 기본적으로 object를 생략합니다. 다음과 같이 클래스를 정의한다면

class X:
    pass

괄호 안에 object를 넣은 것과 같습니다.

class X(object):
    pass

파이썬 2에서는 class X:가 old-style 클래스를 만들고, class X(object):가 new-style 클래스를 만들었습니다. 그래서 파이썬 2에서는 이 둘을 구분해서 사용해야 했지만, 파이썬 3에서는 old-style 클래스가 삭제되었고 class X:와 class X(object): 모두 new-style 클래스를 만듭니다. 따라서 파이썬 3에서는 괄호 안에 object를 넣어도 되고 넣지 않아도 됩니다.

 

 

파이썬은 추상 클래스(abstract class)라는 기능을 제공합니다. 추상 클래스는 메서드의 목록만 가진 클래스이며 상속받는 클래스에서 메서드 구현을 강제하기 위해 사용합니다.

먼저 추상 클래스를 만들려면 import로 abc 모듈을 가져와야 합니다( abc는 abstract base class의 약자입니다). 그리고 클래스의 ( )(괄호) 안에 metaclass=ABCMeta를 지정하고, 메서드를 만들 때 위에 @abstractmethod를 붙여서 추상 메서드로 지정합니다.

from abc import *
 
class 추상클래스이름(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def 메서드이름(self):
        코드

여기서는 from abc import *로 abc 모듈의 모든 클래스와 메서드를 가져왔습니다. 만약 import abc로 모듈을 가져왔다면 abc.ABCMeta, @abc.abstractmethod로 사용해야 합니다(import 사용 방법은 '44.1 import로 모듈 가져오기' 참조).

그럼 학생 추상 클래스 StudentBase를 만들고, 이 추상 클래스를 상속받아 학생 클래스 Student를 만들어보겠습니다.

class_abc_error.py

from abc import *
 
class StudentBase(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def study(self):
        pass
 
    @abstractmethod
    def go_to_school(self):
        pass
 
class Student(StudentBase):
    def study(self):
        print('공부하기')
 
james = Student()
james.study()

 

실행 결과

Traceback (most recent call last):
  File "C:\project\class_abc_error.py", line 16, in <module>
    james = Student()
TypeError: Can't instantiate abstract class Student with abstract methods go_to_school 

실행을 해보면 에러가 발생합니다. 왜냐하면 추상 클래스 StudentBase에서는 추상 메서드로 study와 go_to_school을 정의했습니다. 하지만 StudentBase를 상속받은 Student에서는 study 메서드만 구현하고, go_to_school 메서드는 구현하지 않았으므로 에러가 발생합니다.

따라서 추상 클래스를 상속받았다면 @abstractmethod가 붙은 추상 메서드를 모두 구현해야 합니다. 다음과 같이 Student에서 go_to_school 메서드도 구현해줍니다.

class_abc.py

from abc import *
 
class StudentBase(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def study(self):
        pass
 
    @abstractmethod
    def go_to_school(self):
        pass
 
class Student(StudentBase):
    def study(self):
        print('공부하기')
 
    def go_to_school(self):
        print('학교가기')
 
james = Student()
james.study()
james.go_to_school()

실행 결과

공부하기
학교가기

모든 추상 메서드를 구현하니 실행이 잘 됩니다.

StudentBase는 학생이 반드시 해야 하는 일들을 추상 메서드로 만들었습니다. 그리고 Student에는 추상 클래스 StudentBase의 모든 추상 메서드를 구현하여 학생 클래스를 작성했습니다. 이처럼 추상 클래스는 파생 클래스가 반드시 구현해야 하는 메서드를 정해줄 수 있습니다.

참고로 추상 클래스의 추상 메서드를 모두 구현했는지 확인하는 시점은 파생 클래스가 인스턴스를 만들 때입니다. 따라서 james = Student()에서 확인합니다(구현하지 않았다면 TypeError 발생).

36.6.1  추상 메서드를 빈 메서드로 만드는 이유

그리고 또 한 가지 중요한 점이 있는데 추상 클래스는 인스턴스로 만들 수가 없다는 점입니다. 다음과 같이 추상 클래스 StudentBase로 인스턴스를 만들면 에러가 발생합니다.

>>> james = StudentBase()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#3>", line 1, in <module>
    james = StudentBase()
TypeError: Can't instantiate abstract class StudentBase with abstract methods go_to_school, study

그래서 지금까지 추상 메서드를 만들 때 pass만 넣어서 빈 메서드로 만든 것입니다. 왜냐하면 추상 클래스는 인스턴스를 만들 수 없으니 추상 메서드도 호출할 일이 없기 때문이죠.

    @abstractmethod
    def study(self):
        pass    # 추상 메서드는 호출할 일이 없으므로 빈 메서드로 만듦
 
    @abstractmethod
    def go_to_school(self):
        pass    # 추상 메서드는 호출할 일이 없으므로 빈 메서드로 만듦

정리하자면 추상 클래스는 인스턴스로 만들 때는 사용하지 않으며 오로지 상속에만 사용합니다. 그리고 파생 클래스에서 반드시 구현해야 할 메서드를 정해 줄 때 사용합니다.

지금까지 상속에 대해 알아보았는데 내용이 다소 어려웠습니다. 여기서는 클래스를 상속받는 방법과 메서드 오버 라이딩 방법 정도만 기억하면 됩니다. 그리고 상속은 같은 종류이면서 동등한 기능일 때 사용한다는 점이 중요합니다. 다중 상속과 추상 클래스는 나중에 필요할 때 다시 돌아와서 찾아보세요.