[Python] Call by Assignment 이해하기

 

Python은 함수에 인수를 전달할 때 Call by Assignment 방식으로 전달된다.

이 말은 무슨 의미일까?

 

 

mutable VS immutable

우선 mutable과 immutable의 개념부터 짚고 넘어가면, python에선 모든 것이 객체이며 총 2가지 종류가 있다.

• immutable 객체 : 값이 변경 불가능한 객체
  • int, float, str, tuple 등
• mutable 객체 : 값이 변경 가능한 객체 (단, 자신의 id값은 일정하게 유지)
  • list, dictonary, set 등

 

 

Python에서의 Call By Value VS Call By Reference

• immutable 객체가 함수의 인자로 전달되면 마치 값이 복사되어 전달되는 Call By Value처럼 동작한다. (원본값 영향 X)

def swap(a, b):
    a, b = b, a
    print(a, b)

n, m = 10, 20
swap(n, m)
print(n, m)

20 10
10 20

 

• 반면, mutable한 객체가 함수의 인자로 전달되면 마치 값이 주소가 전달되는 Call By Reference처럼 동작한다. (원본값 영향 O)

def swap(lst):
    lst[0], lst[1] = lst[1], lst[0]
    print(lst[0], lst[1])

lst = [10, 20]
swap(lst)
print(lst[0], lst[1])

20 10
20 10

 

• 즉 python에선, C++과 달리, Call By Value와 Call By Reference를 명시적으로 할 수 없는 것이다. (인수의 자료형에 의해 결정)

 

 

Call By Assignment (Call By Object Reference)

• 사실 python에선 함수에 인자를 넘겨줄 때 Call By Value나 Call By Reference와는 조금 다르게 동작한다.
• 다시 한 번 말하자면, python에선 모든 것이 객체이다.
• ✨ 즉, 변수에 어떤 값을 할당할 때, 실제로 값들은 변수 내에 저장되는 것이 아니라, 1, 2와 같은 객체가 생성되고 변수가 그 객체를 가리키는 것이다. (변수 이름을 '이름표'에 비유)

 

a = 1
c = 1

• 위 코드에서 a와 c 두 개의 변수는 1이라는 하나의 객체를 같이 가리키고 있다고 이해하면 된다.

 

 

🗨 그럼 immutable 객체와 mutable 객체가 각각 함수 인자로 넘어갈 때 Python에서 코드는 어떻게 동작할까?

• 우선 immutable 객체를 함수의 인자로 넘기면, 이 객체는 '불변'이기 때문에 함수 안에서 새로운 값을 생성한다. 이는 마치 Call By Value 처럼 보인다.
• 아래 코드를 살펴보자.

def func(c):
    c = 2

a = 1
func(a)

• a는 1이라는 immutable한 객체를 가리키고 있다.
• func 함수에 변수 a를 인자로 전달하면, c라는 지역 변수도 a가 가리키는 객체 1을 같이 가리키게 된다.
• 여기서 함수 내 지역 변수 c의 값을 2로 바꾸면, 정수는 immutable하므로 실제 c의 값이 1에서 2로 바뀌는 것이 아니라, 2라는 객체가 새로 생성되고 1을 가리키던 지역 변수 c가 2를 가리키게 된다.

 

• 참고로 어떤 두 변수 x, y가 같은 값을 가리키면, x와 y의 id 또한 동일해진다.

def func(c):
    print(id(c))
    c = 2;  print(id(c))

a = 1;  print(id(a))
b = 2;  print(id(b))
func(a)

1570728274224
1570728274256
1570728274224
1570728274256

 

• 그러나 mutable 객체를 함수의 인자로 넘기면, 새 객체 생성 없이, 다른 변수를 통해서도 기존 객체에 접근하여 값을 수정할 수 있다. 이는 마치 Call By Reference 처럼 보인다.
• 아래 코드를 살펴보자.

def func(arr):
    arr.append(5)

a = [1, 2, 3, 4]
func(a)

• a가 mutable한 객체 [1, 2, 3, 4]를 가리키고 있다.
• func 함수가 실행되면, 지역 변수 arr도 a와 같은 객체 [1, 2, 3, 4]를 가리킨다.
• 여기서 arr.append(5)를 하게 되면, 리스트는 mutable하기 때문에 5가 추가된 새로운 객체가 생성되는 것이 아니라, 기존의 동일한 id를 가지는 리스트에 5가 추가된다.
• 따라서, 함수가 종료되고 지역 변수인 arr가 사라지고 난 후에도 a는 여전히 [1, 2, 3, 4, 5]를 가리키게 된다.

 

• 그럼 아래 코드에선 어떤 일이 일어날까?

def func(arr):
    arr = [5, 6]

a = [1, 2, 3, 4]
func(a)

• 함수가 실행되면 arr도 a와 동일하게 [1, 2, 3, 4]를 가리킨다.
• arr = [5, 6]이 실행되면, [5, 6]이라는 새로운 리스트 객체가 생성되고, arr는 이를 가리키게 된다.
• 따라서, 함수가 종료된 이후에도 a는 여전히 [1, 2, 3, 4]를 가리키고 있는 것이다.

• 이렇게 아무리 immutable한 객체라 하더라도 기존과 다른 새 값을 할당하면, 원본에는 영향을 미치지 않는다.

 

 

immutable 객체가 들어있는 변수에 새로운 immutable 객체를 할당해도 괜찮은 이유

(지금부터 편의상 immutable한 값이 할당된 변수를 'immutable 변수'라 부른다.)

• immutable 변수는 레퍼런스가 가리키는 데이터의 값을 변경할 수 없다.

string = "Hello"

string[5] = 'a'

print(string)

TypeError: 'str' object does not support item assignment

 

• 따라서 위처럼 immutable 변수인 문자열을 수정하려 하면 에러가 발생한다.
• 그러나 immutable 변수의 값을 아래처럼 통째로 바꾸는 것은 아무런 에러 없이 잘 동작한다.

string = "Hello"
string = "World"

a = 10
a = 20

print(string)
print(a)

World
20

• 이는 값이 변경되선 안되는 immutable 객체의 값이 변경된 것처럼 보인다.
• 하지만 실제론 immutable 객체의 값은 변경되지 않았다. 왜 그런걸가? 그 원리를 아래에서 살펴보자.

 

• 우선, 파이썬은 id(객체) 문법으로 객체의 id를 가져올 수 있다. (참고로 id는 메모리 상에서가 아닌 VM상에서의 위치를 의미한다.)

이 때 id는 하나의 값에 대응되므로

• 어떤 변수를 값을 바꾸고 다시 원래대로 돌려놓으면, 그 변수는 처음과 동일한 id를 가진다.
• 어떤 두 변수가 같은 값을 가지면 두 변수(객체)의 id는 동일해진다.

a = 200; print(id(a))
a = 300; print(id(a))

a = 200; print(id(a))
a = 300; print(id(a))

b = 200; print(id(b))
b = 300; print(id(b))

2623010923152
2623039916720
2623010923152
2623039916720
2623010923152
2623039916720

 

• 즉, (파이썬에서) immutable한 값이 들어있는 어떤 변수 a에 다른 immutable한 값을 할당하면, C언어처럼 기존 값이 지워지고, 새로 할당 받은 값이 a에 저장되는 것이 아니라
  • ✨ 새로운 메모리 공간을 할당 받고 그 곳에 새 값이 저장된 후 변수 a가 이를 가리키게 되는 것이다. 그리고 기존값은 지워지지 않고 그대로 메모리 상에 잔류한다. 만일 여기서 a에 처음 값을 재할당하면, 변수 a는 다시 처음 변수를 가리키고, 처음의 id값을 가지게 된다.

 

• 즉, 겉으로 봤을 땐 immutable 객체는 그 값이 변경된 것처럼 보여도, 실은 변수가 가리키는 부분만 달라진 것이고, 변수가 가리키는 부분의 값은 그대로이다.

 

 

< 참고 자료 >
Python은 Call by reference일까? Call by value일까? (개인 블로그),
Python - Call by Object Reference (개인 블로그),
Python 은 call-by-value 일까 call-by-reference 일까 (개인 블로그),
How do I pass a variable by reference? (StackOverflow)