[python] 클래스(Class)의 이해와 활용

1) 활용

1. 클래스의 멤버 : 클래스 내부에 포함되는 변수

2. 클래스의 함수 : 클래스 내부에 포함되는 함수, 메소드라고도 함.

• 생성자 : __init__()함수를 사용할 수 있다. 이는 개별 인스턴스의 구체적인 멤버 변수를 설정할 수 있도록 해줌.

class Car:
	# 클래스의 생성자
	def __init__(self, name, color):
		self.name = name # 클래스의 멤버
		self.color = color #클래스의 멤버
	# 클래스의 메소드
	def show_info(self):
		print("이름:", self.name, "/ 색상:", self.color)

car1 = Car("소나타", "빨간색")
car1.show_info()

• 클래스의 메소드 : 클래스는 메소드를 이용해 다양한 처리가 가능함. 이때 메소드는 첫 번째 매개변수는 반드시 self가 되어야 함. self의 의미는 클래스를 이용해 생성된 인스턴스 그 자체를 의미함. 일반적으로 멤버 변수의 값을 바꾸는 함수를 setter메소드라고 부름.

class Car:
	# 클래스의 생성자
	def __init__(self, name, color):
		self.name = name # 클래스의 멤버
		self.color = color #클래스의 멤버
	# 클래스의 메소드
	def show_info(self):
		print("이름:", self.name, "/ 색상:", self.color)
	# setter 메소드
	def set_name(self, name):
		self.name = name

car1 = Car("소나타", "빨간색")
car1.ser_name("제네시스")
car1.show_info()

• 클래스의 소멸자 : 클래스의 소멸자는 생성자와는 반대로 메모리에서 할당 해제될 때 실행되는 함수

class Car:
	# 클래스의 생성자
	def __init__(self, name, color):
		self.name = name # 클래스의 멤버
		self.color = color #클래스의 멤버
	# 클래스의 소멸자
	def __del__(self):
		print("인스턴스를 소멸시킵니다.")
	#클래스의 메소드 
	def show_info(self):
		print("이름:", self.name, "/ 색상:", self.color)
	# setter 메소드
	def set_name(self, name):
		self.name = name

car1 = Car("소나타", "빨간색")
car1.ser_name("제네시스")
car1.show_info()
de1 car1

• 클래스의 상속 : 클래스는 객체 지향 프로그래밍의 특성인 ‘상속’을 가능하도록 해줌. 특정한 하나의 클래스는 ‘상속’을 이용해 다른 클래스의 멤버 변수와 메소드를 물려받아 사용할 수 있음. 상속을 할 때는 클래스를 정의할 때 소괄호()를 이용하여 상속 받을 클래스를 적을 수 있음.

class Unit:
	def __init__(self, name, powe):
		self.name = name
		self.power = power
	def attack(self):
		print(self.name, "이(가) 공격을 수행합니다. [공격력:", self.power, "]")

class Monster(Unit):
	def __init__(self, name, power, type):
		self.name = name
		self.power = power
		self.type = type
	
	def show_info(self):
		print("몬스터 이름:", self.name, "/ 몬스터 종류:", self.type)

monster = Monster("슬라임", 10, "초급")
monster.show_info()
monster.attack()

2) 활용

• 클래스 : 붕어빵 틀에 비유할 수 있다.

• 인스턴스 : 붕어빵 틀에서 생성된 붕어빵에 비유할 수 있다.

• 각 사람은 나이(age)가 다를 수 있다.

class Human:
	def __init__(self): 
		self.age = 0

	def old(self):
		self.age += 1

human1 = Human() # 사람1 인스턴스 생성
human2 = Human() # 사람2 인스턴스 생성

for i in range(10): # for문 돌 때마다 age 하나씩 업뎃 
	human1.old() # 10세

for i in range(20):
	human2.old() # 20세

# 각 사람 인스턴스의 나이 출력
print(human1.age)
print(human2.age)

• self.name : 현재 인스턴스의 name 변수

• name : 함수의 파라미터로 넘어 온 name 변수

class Student:
	def __init__(self, id, name, gender, department):
		self.id  =  id
		self.name = name
		self.age = age
		self.gender = gender
		self.department = department

	def show(self):
		print("===== 학생 정보 =====")
    print(f"학번: {self.id}")
    print(f"이름: {self.name}")
    print(f"나이: {self.age}")
    print(f"성별: {self.gender}")
    print(f"학과: {self.department}")

	def add_age(self, offset):
		self.age += offset

student1 = Student("20200001", "홍길동", 20, "남성", "컴퓨터공학과")
student2 = Student("20200002", "김순자", 21, "여성", "산업디자인공학과")
student3 = Student("20200003", "임꺽정", 23, "남성", "환경공학과")

student1.show()
#student2.show()
#student3.show()

student1.add_age(30) # 나이 더하기
student1.show()

• self의 동작 방식에 대하여 바르게 이해할 필요가 있다. 우리는 아래와 같이 클래스의 메서드를 호출한다.

• 클래스의 메서드 호출

student1.add_age(5) 

• 이때 student1 → self에 대응되고, 값 5 → offset에 대응된다.

• 클래스 메서드 구현

def add_age(self, offset):
	self.age += offset

• 각 인스턴스의 인스턴스 변수는 서로 다르다.

• 특정한 클래스(class)의 모든 인스턴스끼리 공유되는 정보가 필요하다면?
• 클래스 변수 : 해당 클래스에서 전체적으로 공유되는 변수
• Client의 클래스 변수는 Client클래스의 네임스페이스에 존재한다.
• 인스턴스 변수 : 구체적인 하나의 인스턴스에서 사용되는 변수
• client1의 인스턴스 변수는 client1 인스턴스의 네임스페이스에 존재한다.

# 전체 공유되는 변수와 하나의 인스턴스에서 사용되는 변수 차이 확인하기 !! 
class Client:
    client_cnt = 0 # 클래스 변수 : 해당 클래스에서 전체적으로 공유되는 변수 

    def __init__(self, id, name, age, gender, point): # 이거는 인스턴스 변수: 구체적인 하나의 인스턴스에서 사용되는 변수
        self.id = id
        self.name = name
        self.age = age
        self.gender = gender
        self.point = point
        Client.client_cnt += 1 # 클래스 변수 

    def show(self):
        print("===== 고객 정보 =====")
        print(f"고객 번호: {self.id}")
        print(f"이름: {self.name}")
        print(f"나이: {self.age}")
        print(f"성별: {self.gender}")
        print(f"고객 점수: {self.point}")
        print(f"현재 총 고객 수: {Client.client_cnt}")

    def __del__(self):
        Client.client_cnt -= 1

client1 = Client(1, "홍길동", 20, "남성", 1200)
client2 = Client(2, "김순자", 21, "여성", 300)
client3 = Client(3, "임꺽정", 23, "남성", 700)

client1.show()
client2.show()
client3.show()
print(f"[결과] 현재 총 고객 수: {Client.client_cnt}")

• 특정한 기준에 따라서 다수의 인스턴스를 정렬하고 싶을 때가 있다.
• 예를 들어 포인트 값이 큰 순서대로 정렬하려면 어떻게 하면 될까?
• 간단히 다음과 같이 key 속성의 값의 값으로 익명 함수를 넣을 수 있다.
• 이후 뒤집기(reverse)를 수행하면, point에 대하여 내림차순 정렬이 완료된다.

key = lambda x: x.point

• 또한 It 함수는 A가 B보다 작다는 의미를 정의할 때 사용한다. (less than)
• It 함수를이용하여 정렬 기능을 구현할 수 있으며, 예시는 다음과 같다.
• 이후에 단순히 리스트에 대하여 sort() 함수를 적용하면, 정렬이 완료된다.

def __lt__(self, other):
	return self.point < other.point

class Cilent:
	def __init__(self, id, name, age, gender, point):
		self.id = id
		self.name = name
		self.age = age
		self.gender = gender
		self.point = point
	
	def show(self):
		print("===고객 정보===")
    print(f"고객 번호: {self.id}")
    print(f"이름: {self.name}")
    print(f"나이: {self.age}")
    print(f"성별: {self.gender}")
    print(f"고객 점수: {self.point}")
	
	def __lt__(self, other):
		return self.point < other.point

client1 = Client(1, "홍길동", 20, "남성", 1200)
client2 = Client(2, "김순자", 21, "여성", 300)
client3 = Client(3, "임꺽정", 23, "남성", 700)
client1.show()
client2.show()
client3.show()

• 클래스의 상속(inheritance)은 체계적인 프로그램 개발을 위해 필요하다.

• 예를 들어 학교 관리 프로그램에서는 선생님(teacher)과 학생(student)에 대한 정보가 모두 활용된다.
• 이들은 공통적으로 이름(name), 나이(age) 등의 정보를 가지고 있다.
• 또한, 인적사항 정보를 출력하는 메서드를 둘다 사용한다.

• 상속을 사용하여, 공통적으로 사용되는 변수를 매번 선언하지 않는다.

class Human:
	def __init__(self, name, age):
		self.name = name
		self.age = age

	def show_human(self):
		print("===== 인적 사항 =====")
    print(f"이름: {self.name}")
    print(f"나이: {self.age}")

• 교사 클래스가 사람 클래스에 대한 정보를 상속 받기 위해서는 상속을 진행해야 한다.

• 기본적인 형식은 바로 다음과 같다.

• super()는 부모 클래스의 속성 및 메서드를 가져와야 할 때 사용할 수 있다.

• super.init() 메서드를 호출하며, 이것은 부모 클래스에서 정의되어 있던 생성자를 사용한다는 의미다.

class Teacher(Human):
    def __init__(self, name, age, teacher_id, subject, salary):
        super().__init__(name, age) #메서드를 호출 : 부모 클래스에서 정의되어 있던 생성자를 사용
        self.teacher_id = teacher_id
        self.subject = subject
        self.salary = salary

    def show_teacher(self):
        print("===== 교직원 카드 =====")
        print(f"교직원 번호: {self.teacher_id}")
        print(f"담당 과목: {self.subject}")
        print(f"월급: {self.salary}")


teacher = Teacher("김순자", 40, 1, "사회", 450)
teacher.show_human()
teacher.show_teacher()

class Student(Human):
	def __init__(self, name, age, student_id, grade, score):
		super().__init__(name, age)
		self.student_id = student_id
		self.grade = grade
		self.score = score

	def show_student(self):
		print("====학생 카드====")
    print(f"학생 번호: {self.student_id}")
    print(f"학년: {self.grade}")
    print(f"점수: {self.score}")


student = Student("홍길동", 18, 1, 2, 95)
student.show_human()
student.show_student()	

• 실제로 머신러닝 분야에서 TensorFlow와 PyTorch 프레임워크를 사용할 때는 다양한 클래스를 상속 받아 사용할 수 있다.

• 따라서, 다양한 머신러닝 모델을 정의하고 학습을 진행하기 위해 클래스(class)에 대한 개념 숙지가 필수적이다.

• 다양한 기능이 라이브러리 형태(클래스 형태)로 제공되기 때문에, 상속을 받아 사용하는 것이 일반적이다.
• 일반적으로 기본 라이브러리의 코드(부모 클래스)를 직접적으로 수정하지 않는다.
• 우리가 만들 머신러닝 프로그램에 맞게 적절히 상속 받아 사용한다.